СТУПИЦА ГАСИТЕЛЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ СЦЕПЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
TORSIONAL VIBRATION DAMPER HUB FOR VEHICLE CLUTCH

Область техники
В целом, изобретение относится к области трансмиссий для транспортных средств, более конкретно к системе, улучшающей работу ступицы виброгасителя (демпфера) в сухих дисковых сцеплениях.
Предпосылки создания изобретения
Сухие дисковые сцепления используются в трансмиссиях транспортных средств с ручным и автоматическим управлением для облегчения трогания с места и разъединения трансмиссии с двигателем при переключении передач. Обычно, в состав сухого дискового сцепления входит ступица виброгасителя. При правильной конструкции ступицы, она подавляет крутильные колебания от двигателя и сохраняет трансмиссию. В ступице виброгасителя обычно используется несколько цилиндрических пружин, расположенных по кругу на ведомом диске, который передает момент вращения от маховика двигателя на вход трансмиссии. Некоторые конструкции приведены в DE 10220205.
В тяжелых дорожных транспортных средствах, например грузовых автомобилях и автобусах, происходит постоянное наращивание мощности двигателя. Это предъявляет повышенные требования к ступицам виброгасителя, которые должны выдерживать более высокие моменты вращения, создаваемые двигателем, и более интенсивные крутильные колебания. Для обычных простых ступиц виброгасителя существует некоторый предельный рабочий момент вращения, создаваемый двигателем. Повышение этого предела достигалось использованием цилиндрических пружин большего диаметра, которые располагались на окружности большего радиуса от оси вращения ступицы виброгасителя. Дальнейшее движение в этом направлении влечет за собой уменьшение площади фрикционных накладок на ведомом диске, что, в свою очередь сокращает способность поглощения энергии сцеплением и его долговечность. Альтернативой могло бы быть увеличение наружного диаметра сцепления, что усложнит его компоновку в шасси автомобиля. Таким образом, указанные способы повышения момента вращения, передаваемого ступицей виброгасителя, практически нецелесообразны.
Для передачи большего момента вращения двигателя часто используются сцепления со сдвоенным диском. Типовая конструкция представлена в US 6782985. Другой пример приведен в US 1935459. В двухдисковом сцеплении используются параллельно соединенные два ведомых диска. Каждый из этих дисков имеет ступицу виброгасителя. В результате, на каждую ступицу виброгасителя будет воздействовать половина момента вращения двигателя, поэтому двухдисковое сцепление может передавать очень высокие моменты вращения. К сожалению, длина двухдисковых сцеплений, их вес и стоимость, как правило, снижают их привлекательность. Кроме того, такими сцеплениями, по сравнению с однодисковыми, труднее управлять. Из-за этого двухдисковые сцепления не подходят для автоматических трансмиссий.
Другим направлением решения проблемы крутильных колебаний мощных двигателей является использование маховика с разделенной массой. В такой конструкции маховик разделен на две части с установленным между ними упругим демпфером. Пример такой конструкции приведен в WO 9427062. В маховике с разделенной массой размещение виброгасящих пружин может быть очень эффективным. В результате, такая конструкция обладает возможностью работы с очень большими моментами вращения двигателя. Кроме того, при этом можно использовать однодисковое сцепление, что важно для автоматической трансмиссии. С другой стороны, маховики с разделенной массой тяжелы и дороги. Из-за того, что маховик разделен, возможно снижение способности сцепления поглощать тепло.
Другим известным решением проблемы высоких моментов вращения двигателя является использование двух разнесенных по оси рядов пружин в однодисковом сцеплении, В этой конструкции сочетаются возможности двухдискового сцепления по подавлению крутильных колебаний с более низким весом и стоимостью, и простотой управления однодискового сцепления. Примеры подобных ступиц виброгасителя однодисковых сцеплений приведены в DE 19528319, WO 92000470, US 4475640, DE 4040606 и US 5145463. Затраты по изготовлению этих однодисковых сцеплений все еще выше по сравнению с обычным однодисковым сцеплением, имеющим один ряд пружин. Поэтому существует необходимость дальнейшего сокращения размеров конструкции. Другим недостатком известной конструкции является то, что два параллельных ряда пружин увеличивают осевую длину по сравнению с конструкцией с одним рядом пружин.
Краткое изложение сущности изобретения
Таким образом, требуется сухое однодисковое сцепление с повышенной способностью подавления крутильных колебаний, однако, лишенное недостатков в отношении веса, стоимости и общей осевой длины, характерных для существующих конструкций. В первом варианте осуществления изобретения эта задача решается в конструкции, где ступица гасителя крутильных колебаний для сцепления транспортного средства, содержащего ступицу, закрепленную на валу на шлицах, имеет первую и вторую внутренние кольцевые пластины, прикрепленные с возможностью вращения к внешней поверхности ступицы, первую и вторую пары наружных кольцевых пластин, установленных по обеим сторонам первой и второй внутренних кольцевых пластин, соответственно; первый ряд пружин, проходящих по существу в направлении вращения сцепления и размещенных в окнах, выполненных в первой внутренней кольцевой пластине и первой паре наружных кольцевых пластин; второй ряд пружин, проходящих по существу в направлении вращения сцепления и размещенных в окнах, выполненных во второй внутренней кольцевой пластине и второй паре наружных кольцевых пластин, причем каждая первая и вторая пара наружных кольцевых пластин соединена с прилегающей внутренней кольцевой пластиной упомянутыми пружинами, и первая и вторая пары наружных кольцевых пластин соединены со ступицей; принимающий вращательный момент элемент, включающий единственный фрикционный диск, прикрепленный к первой и второй внутренним кольцевым пластинам.
Изобретение отличается тем, что пружины в первом ряду пружин, размещенные на одном первом уровне вдоль оси, перекрываются по оси с пружинами во втором ряду пружин, размещенных на втором уровне вдоль оси, с обеспечением сокращения общей осевой длины сцепления. Это позволит получить очень компактную конструкцию, для которой требующееся для размещения пространство должно иметь продольные размеры незначительно больше, чем для обычного однодискового сцепления.
Во втором варианте осуществления изобретения расстояние вдоль оси между геометрическими центрами одной пружины в первом ряду и одной пружины во втором ряду превышает половину внешнего диаметра этих пружин.
При этом диаметр пружин в первом и втором рядах может быть выбран по существу равным или существенно различным, благодаря чему в последнем случае полная продольная длина сцепления может быть еще более уменьшена.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения ступица виброгасителя по существу идентична сдвоенной ступице виброгасителя в обычных двухдисковых сцеплениях. Этот вариант осуществления изобретения также может быть использован в ступице гасителя крутильных колебаний без продольного перекрытия пружин в первом и втором рядах (как в приведенном выше варианте), имеющей, вместо этого, два ряда пружин, не перекрывающихся вдоль оси. Это дает достаточно компактную и недорогую конструкцию.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения первый и второй ряды пружин расположены на по существу одинаковом радиусе от центра вращения ступицы. Установка рядов пружин на одном радиусе даст возможность достигнуть максимального момента вращения двигателя, с которым сможет работать сцепление.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения будут ясны из других зависимых пунктов формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение проиллюстрировано приложенными чертежами, на которых:
на фиг.1 схематически представлено продольное сечение обычного однодискового сухого сцепления, включающего ступицу виброгасителя, известную в уровне техники;
на фиг.2 представлен вид вдоль оси обычного ведомого диска, показанного на фиг.1;
на фиг.3 представлена типичная зависимость между моментом вращения и относительным угловым смещением для ступицы виброгасителя, аналогичной показанной на фиг.1;
на фиг.4 схематически представлено продольное сечение обычного двухдискового сцепления с двойной ступицей виброгасителя, известной в уровне техники;
на фиг.5 схематически представлено продольное сечение сцепления, в котором ступица виброгасителя содержит два разнесенных вдоль оси ряда пружин, в соответствии с уровнем техники;
на фиг.6 схематически представлено продольное сечение ведомого диска, известного в уровне техники, у которого ступица виброгасителя состоит из двух ступиц виброгасителя от обычных однодисковых сцеплений;
на фиг.7 схематически представлено продольное сечение предложенного в изобретении ведомого диска, у которого ступица виброгасителя представляет собой по существу сдвоенную ступицу виброгасителя из обычного двухдискового сцепления;
на фиг.8 схематически представлено продольное сечение предложенного в изобретении ведомого диска, в котором два ряда пружин частично перекрываются вдоль оси;
на фиг.9 представлен вариант осуществления, альтернативный варианту, показанному на фиг.8, отличающийся тем, что ступица виброгасителя представляет собой по существу сдвоенную ступицу виброгасителя от обычного двухдискового сцепления;
на фиг.10 представлен слева вид вдоль оси ведомого диска, показанного на фиг.8 или 9.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 в упрощенном виде показано продольное сечение сухого однодискового сцепления 101, известного в уровне техники. В этой конструкции, узел 102 кожуха сцепления прикреплен к маховику 103 болтами 104. Узел 102 кожуха сцепления состоит из кожуха 105 сцепления, тарельчатой пружины 106 и нажимного диска 107. От тарельчатой пружины радиально внутрь выступают пальцы 106f. Соединительное устройство (не показано) соединяет нажимной диск 107 с кожухом 105 сцепления с возможностью вращения и допускает их ограниченное взаимное осевое перемещение. Кроме того, имеется ведомый диск, состоящий из фрикционного диска 111, и ступицы 112 гасителя колебаний (виброгасителя). Внутренняя пластина 113 ступицы 112 виброгасителя неподвижно прикреплена к фрикционному диску 111. В окна 113w во внутренней пластине 113 вставлены пакеты 114 пружин. Пакеты 114 пружин также вставлены в наружные пластины 115 в соответствующие окна 115w. Каждый пакет 114 пружин может быть образован из одной цилиндрической пружины или из двух или более цилиндрических пружин, помещенных одна внутри другой. Наружные пластины 115 присоединены через условно показанный предварительный виброгаситель 116 к внутренней ступице 117. И, наконец, внутренняя ступица 117 закреплена с возможностью осевого перемещения без вращения на входном вале 120 трансмиссии (не показана).
Сцепление 101 управляется приводом 121, поршень 121р которого через выжимной подшипник 122 толкает пальцы 106f тарельчатой пружины 106 для разъединения сцепления.
На фиг.2 представлен вид по оси ведомого диска 110. Видно, что имеется ряд пакетов 114 пружин, вставленных в соответствующие окна 115w наружных пластин 115. Обычно, чем больше используется пакетов пружин, тем больше величина моментов вращения, которые может передавать ведомый диск.
Когда сцепление 101 включено, под действием тарельчатой пружины 106 нажимной диск 107 прижимает фрикционный диск 111 ведомого диска 110 к маховику 103. При этом момент вращения может передаваться от маховика 103 через фрикционный диск 111 к внутренней пластине 113. Относительное угловое перемещение между внутренней пластиной 113 и наружными пластинами 115 будет сжимать пакеты 114 пружин. В результате, в каждый момент времени передаваемый момент вращения зависит от сжатия пакетов 114 пружин.
Большой момент соответствует большому сжатию, и наоборот. На наружных пластинах 115 усилия от сжатых пакетов 114 пружин воспринимаются упорами 115s, находящимися между окнами 115w. Для обеспечения прочности упоры 115s должны быть достаточно широкими. Этим ограничивается ширина и количество окон 115w, и величина момента вращения, который может быть передан. То же самое относится и к окнам 113w внутренней пластины 113.
На фиг.3 показана типичная зависимость между передаваемым моментом М и относительным угловым смещением α между внутренней пластиной 113 и внутренней ступицей 117. При малой величине момента вращения в области 331 работает предварительный виброгаситель 116, который допускает достаточно большое относительное перемещение. Этим сокращается дребезг при зацеплении зубчатых колес трансмиссии при работе двигателя на холостом ходу. В некоторой точке 332 пакеты 114 пружин начинают сжиматься. При этом передаваемый момент вращения начинает увеличиваться практически пропорционально относительному угловому смещению по линии 333 вплоть до предельного момента 334 вращения, когда дальнейшее сжатие пакетов 114 пружин блокируется механически. Соответствующее относительное угловое смещение называется предельным углом. Для передачи больших моментов вращения двигателя, что соответствует линии 336, требуется увеличение как предельного момента вращения 334, так и предельного угла 335, то есть сжатия пакета 114 пружин. В силу уже упоминавшихся соображений прочности, такое увеличение вряд ли осуществимо в обычном однодисковом сцеплении.
На фиг.4 показано двухдисковое сухое сцепление 401, известное в уровне техники. В этой конструкции, два по существу одинаковых ведомых диска 410а, 410b соединены с общей внутренней ступицей 417 виброгасителя. Каждый из ведомых дисков 410а и 410b имеет ступицу 412а, 412b виброгасителя, аналогичную по конструкции ступице 112 виброгасителя на фиг.1, Шлицевое соединение 417s обеспечивает ограниченное перемещение ведомого диска 410b относительно ведомого диска 410а. Благодаря этому, могут быть скомпенсированы отклонения в размерах и эксплуатационный износ. Далее, между фрикционными дисками 411а, 411b ведомых дисков 410а, 410b находится промежуточный нажимной диск 408, соединенный с кожухом 405 сцепления с возможностью вращения. В сущности, число пакетов пружин в двухдисковом сцеплении 401 вдвое больше, чем в обычном однодисковом сцеплении 101. Таким образом, могут передаваться моменты вращения двигателя большей величины. Однако двухдисковое сцепление 410 значительно дороже и тяжелее. Кроме того, для него требуется больше места вдоль оси, а увеличивающийся из-за наличия двух фрикционных дисков 411a, 411b момент инерции нагружает систему переключения передач. Кроме того, известно, что двухдисковые сцепления не обеспечивают точного управления.
На фиг.5 показано однодисковое сцепление 501, известное в уровне техники, имеющее в ступице виброгасителя ведомого диска 510 два разделенных вдоль оси ряда пакетов 514а, 514b пружин. Число пакетов пружин удваивается, давая возможность передавать большие моменты вращения двигателя. Что касается веса и момента инерции ведомого диска, то сцепление 501 по существу не имеет недостатков, присущих двухдисковому сцеплению 401. Фрикционная поверхность 503f на маховике 503, обращенная к фрикционному диску 511 ведомого диска 510, разнесена вдоль оси с упором 503с, к которому прикреплении кожух 505 сцепления. Благодаря этому, могут быть использованы кожухи сцепления от однодисковых сцеплений. С другой стороны, ступица 512 виброгасителя специально сконструирована для однодискового сцепления с двумя рядами пакетов пружин, что означает повышенные производственные затраты по сравнению с обычным однодисковым сцеплением, имеющим только один ряд пакетов пружин.
На фиг.6 представлен вариант осуществления, известный в уровне техники. Ступица 612 виброгасителя ведомого диска 610 состоит из первой ступицы 612а виброгасителя и второй ступицы 612b виброгасителя. Внутренние пластины 613а, 613b ступиц 612а, 612b виброгасителей соединены с фрикционным диском 611 соединительным элементом 609. Обе ступицы 612а, 612b виброгасителя по существу идентичны ступицам виброгасителя в однодисковых сцеплениях. Поэтому могут использоваться детали, выпускаемые крупными сериями. Ступицы 612а, 612b виброгасителя могут быть одинакового или разного размера. В том случае, если их размеры различаются, как это показано на фиг.6, компоновка может быть более компактной.
На фиг.7 представлен вариант осуществления изобретения. Ступица 712 виброгасителя ведомого диска 710 по существу идентична сдвоенной ступице виброгасителя от двухдискового сцепления, например, показанного на фиг.4. Соединительный элемент 709 прикрепляет внутренние пластины 713а, 713b к фрикционному диску 711.
Для размещения ступиц 512, 612 и 712 виброгасителей на фиг.5-7 требуется довольно много продольного пространства. На фиг.8 представлен вариант осуществления изобретения, в котором два ряда пакетов пружин 814а, 814b ведомого диска 810 частично перекрывают друг друга. Это позволяет получить конструкцию с очень малым продольным размером. Перекрытие рядов пакетов 814а, 814b пружин предъявляет определенные требования к относительному угловому расположению пакетов пружин. С тем, чтобы избежать взаимных помех, пакеты пружин одного ряда должны располагаться между пакетами пружин другого ряда. Это иллюстрируется фиг.10. Здесь пакеты пружин ряда 814b находятся в том же угловом положении, что и упоры 815s наружной пластины 815, на которой установлены пакеты 814а пружин другого ряда. Как было показано выше, упоры 815s наружной пластины 815 (так же как и соответствующие упоры других пластин, в которых установлены пакеты пружин) должны обладать определенной шириной по соображениям прочности.
На фиг.9 показан вариант осуществления, альтернативный варианту, показанному на фиг.8. В этом варианте ступицы 912а и 912b виброгасителя ведомого диска 910 по существу идентичны сдвоенной ступице виброгасителя двухдискового сцепления, например, показанного на фиг.4. Соединительный элемент 909 прикрепляет внутренние пластины к фрикционному диску. В результате, может быть использована более стандартизованная и дешевая конструкция. Фиг.10 также представляет вид слева по оси ведомого диска для варианта осуществления, показанного на фиг.9.
В конструкциях, показанных на фиг.8, 9 и 10, ширина упоров 815s обеспечивает размещение другого ряда пакетов пружин. В итоге, большая часть пространства периферии может быть использована для пакетов пружин. Это становится очевидным при сравнении фиг.2 и 10: на фиг.2 показано шесть пакетов пружин, в то время как на фиг.10 их восемь. Этим обеспечивается возможность передачи больших входных моментов вращения.
Частичное перекрытие рядов пакетов пружин 814а, 814b численно может быть выражено расстоянием 828 между центрами вдоль оси. В предпочтительном варианте расстояние между центрами должно превышать половину наружного диаметра 829 пакета пружин. При этом остается достаточно места для внутренних пластин 813a, 813b, в которых установлены ряды пакетов 814а, 814b пружин. Это также относится к варианту осуществления, показанному на фиг.9.
В варианте осуществления, альтернативном вариантам, показанным, соответственно, на фиг.8 и 9, один из рядов пакетов пружин может содержать пружины меньшего диаметра, по сравнению с пружинами в другом ряду. Это обеспечивает дальнейшее сокращение общей продольной длины сцепления.
Другим преимуществом использования ступицы от двухдискового сцепления в вариантах осуществления, показанных на фиг 7 и 9, является то, что шлицевое соединение (аналогичное 417s на фиг.4) обеспечивает простую адаптацию к отклонениям размеров у соединительного элемента (709 и 909 соответственно).
Изобретение не сводится к описанным выше вариантам осуществления. Напротив, область притязаний приведенной ниже патентной формулы предусматривает охват различных вариантов и модификаций изобретения.