ТОРСИОННЫЙ ДЕМПФЕР ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VIBRATION DAMPER FOR A TORQUE TRANSMISSION DEVICE OF A MOTOR VEHICLE

Область техники
Изобретение относится к торсионному демпферу, предназначенному для устройства передачи крутящего момента. В частности, изобретение относится к области трансмиссий для автотранспортного средства.
Предшествующий уровень техники
В области автомобильных трансмиссий, как известно, устройства передачи крутящего момента оснащены торсионными демпферами, позволяющими поглощать и гасить вибрации и ацикличность, создаваемые двигателем внутреннего сгорания.
Торсионные демпферы содержат входной элемент и выходной элемент, выполненные с возможностью вращения вокруг общей оси вращения, и упругие средства демпфирования, предназначенные для передачи крутящего момента и для демпфирования ацикличности вращения между входным элементом и выходным элементом.
Такими торсионными демпферами оборудуют, в частности, двухмассовые маховики (DVA), диски фрикционных муфт в случае ручной или роботизированной трансмиссии, или блокирующий фрикцион, соединенный с устройствами гидромуфты, в случае автоматической трансмиссии.
В документах FR 2894006, FR 2913256 и FR 2922620 раскрыты торсионные демпферы, которыми оборудованы двухмассовый маховик, диск фрикционной муфты и блокирующая муфта сцепления. Эти торсионные демпферы оснащены упругими средствами демпфирования, такими как геликоидальные пружины окружного действия, концы которых опираются, с одной стороны, на упоры, неподвижно соединенные с входными элементами, и, с другой стороны, на упоры, неподвижно соединенные с выходными элементами. Таким образом, любое вращение одного из указанных элементов относительно друг друга приводит к сжатию пружин демпфера в одном или другим направлении, и указанное сжатие создает возвратную силу, стремящуюся вернуть указанные элементы в относительное угловое положение покоя. Геликоидальные пружины могут быть прямыми или изогнутыми.
Жесткость такого демпфера определяют в зависимости от числа входящих в его состав геликоидальных пружин, от собственной жесткости пружин и от диаметра места установки пружин. Выбор жесткости таких торсионных демпферов является результатом компромисса между эффективностью фильтрации ацикличности, которая повышается с уменьшением жесткости, и способностью передавать максимальный крутящий момент, избегая при этом сталкивания витков пружин друг с другом, что требует достаточной жесткости.
Для повышения характеристик фильтрации вибраций при слабом крутящем моменте, как известно, обеспечивают торсионные демпферы, в которых характеристическая кривая передаваемого крутящего момента в зависимости от углового отклонения имеет несколько наклонных участков. Таким образом, при слабом крутящем моменте жесткость демпфера меньше, тогда как при приближении к предназначенному для передачи максимальному крутящему моменту жесткость торсионного демпфера становится больше. Такой торсионный демпфер описан, в частности, в документе ЕР 2157336. Однако зоны изменения жесткости являются причиной прерывистости и толчков, которые снижают качество демпфирования ацикличности.
Кроме того, поскольку геликоидальные пружины расположены по окружности, они являются исключительно чувствительными к центробежной силе. По этой причине входные и/или выходные элементы необходимо снабжать средствами, позволяющими удерживать пружины в радиальном направлении и избегать таким образом их выброса. Однако эти средства радиального удержания приводят к появлению паразитных трений, которые отрицательно влияют на функцию демпфирования, блокируя пружины, когда скорость вращения становится слишком большой. Разумеется, можно уменьшить влияние этих паразитных трений, обеспечивая сложные геометрические формы, поверхностную обработку или добавление смазки. Однако эти меры усложняют изготовление торсионных демпферов и поэтому не являются вполне удовлетворительными.
Наконец, поскольку объем, предназначенный для геликоидальных пружин, является ограниченным, угловое отклонение между входом и выходом торсионного демпфера ограничено, и геликоидальные пружины должны иметь достаточную жесткость, чтобы обеспечивает передачу максимального крутящего момента.
Таким образом, торсионные демпферы с геликоидальными пружинами не являются полностью удовлетворительными.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на решение этих проблемы и создание более эффективного торсионного демпфера.
В связи с этим первым объектом изобретения является торсионный демпфер для устройства передачи крутящего момента, включающий в себя:
- первый элемент и второй элемент, выполненные с возможностью вращения относительно друг друга вокруг оси X вращения; и
- средства демпфирования для передачи крутящего момента и демпфирования ацикличности вращения между первым элементом и вторым элементом.
Торсионный демпфер характеризуется тем, что средства демпфирования содержат упругую пластинку, неподвижно соединенную с первым элементом и имеющую кулачковую поверхность; причем демпфер содержит кулачковое следящее устройство, установленное на втором элементе и выполненное с возможностью взаимодействия с указанной кулачковой поверхностью. Кроме того, кулачковая поверхность выполнена таким образом, чтобы при угловом отклонении между первым элементом и вторым элементом относительно углового положения покоя кулачковое следящее устройство действовало усилием изгиба на упругую пластинку, создающую обратную силу реакции, стремящуюся вернуть указанные первый и второй элементы в указанное угловое положение покоя.
Таким образом, средства демпфирования оказываются менее чувствительными к центробежной силе, чем геликоидальные пружины из известных решений, и их способность демпфирования не ухудшается, когда скорость вращения двигателя внутреннего сгорания становится большой.
Кроме того, конструкция такого демпфера позволяет получать большие относительные отклонения.
Такой демпфер может иметь характеристическую кривую, отображающую изменения передаваемого крутящего момента в зависимости от углового отклонения, на которой изменения наклонных участков не имеют точек излома или скачков.
Наконец, поскольку кулачковая поверхность выполнена на упругой пластинке, изготовление демпфера согласно изобретению можно частично стандартизировать. Действительно, адаптации могут касаться геометрии и характеристик пластинки, когда характеристики демпфера необходимо адаптировать к характеристикам предусмотренного применения и, в частности, к предназначенному для передачи максимальному крутящему моменту.
Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления, такой торсионный демпфер может иметь одну или более отличительных особенностей.
Кулачковое следящее устройство расположено радиально снаружи упругой пластинки. Такое расположение позволяет удерживать упругую пластинку в радиальном направлении, когда на нее действует центробежная сила. Кроме того, это расположение позволяет повысить жесткость упругой пластинки под действием центробежной силы.
Кулачковая поверхность выполнена на свободном конце упругой пластинки.
Пластинка содержит участок радиального направления, продолжающийся изогнутым участком, на свободном конце которого выполнена кулачковая поверхность. Такая конструкция позволяет получить одновременно слабую жесткость и удовлетворительную механическую прочность.
Демпфер содержит вторую упругую пластинку, имеющую кулачковую поверхность и неподвижно соединенную с первым элементом, и второе кулачковое следящее устройство, выполненное с возможностью взаимодействия с кулачковой поверхностью указанной второй упругой пластинки. Такая конструкция позволяет увеличить способность передачи крутящего момента демпфера.
Первая и вторая упругие пластинки симметричны относительно оси X вращения. Таким образом, демпфер является сбалансированным.
Первая и вторая упругие пластинки выполнены в виде единой детали.
Кулачковое следящее устройство выполнено в виде ролика, установленного с возможностью вращения на втором элементе.
Ролик установлен с возможностью вращения на втором элементе посредством подшипника качения.
Вторым объектом изобретения является элемент передачи крутящего момента, в частности, для автотранспортного средства, содержащий торсионный демпфер согласно изобретению.
В одном варианте осуществления элемент передачи крутящего момента содержит два последовательно установленных торсионных демпфера. Такое расположение позволяет еще больше увеличить угловое отклонение.
В другом варианте осуществления элемент передачи крутящего момента содержит два параллельно установленных торсионных демпфера. Таким образом, элемент передачи крутящего момента может иметь повышенную способность передачи крутящего момента.
Изобретение, его другие задачи, детали, особенности и преимущества будут более очевидны из последующего описания на неограничивающем примере нескольких частных вариантов осуществления со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показан торсионный демпфер согласно первому варианту осуществления, вид в перспективе;
на фиг. 2 - прогиб пластинки торсионного демпфера, показанного на фиг. 1, во время углового отклонения между входным и выходным элементами в прямом направлении;
на фиг. 3 - прогиб пластинки во время углового отклонения в обратном направлении;
на фиг. 4 - торсионный демпфер согласно второму варианту осуществления, вид в перспективе;
на фиг. 5 - средства демпфирования торсионного демпфера, показанного на фиг.4, подробный вид;
на фиг. 6а, 6b, 6с - примеры характеристических кривых, отображающих передаваемый крутящий момент в зависимости от углового отклонения, полученных при помощи средств демпфирования в соответствии с изобретением.
Торсионный демпфер, показанный на фиг. 1, предназначен для установки в трансмиссионном элементе системы трансмиссии автотранспортного средства. Этот трансмиссионный элемент может быть, например, маховиком двигателя, оснащенным торсионным демпфером, таким как двухмассовый маховик, или блокирующий фрикцион устройства гидромуфты, или диск фрикционной муфты. Кроме того, следует отметить, что в случае диска фрикционной муфты торсионный демпфер согласно изобретению может представлять собой основной демпфер и/или предварительный демпфер.
Торсионный демпфер содержит входной элемент 1 и выходной элемент 2, которые расположены в системе трансмиссии соответственно со стороны двигателя внутреннего сгорания и со стороны коробки передач. Например, когда торсионный демпфер в соответствии с изобретением встроен в двухмассовый маховик, входной элемент 1 может быть выполнен или установлен на первом инерционном маховике, предназначенном для крепления на конце ведущего вала, такого как коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, тогда как выходной элемент 2 может быть выполнен или установлен на втором инерционном маховике, как правило, образующем реактивный диск сцепления для соединения с ведомым валом, таким как входной вал коробки передач.
Входной 1 и выходной 2 элементы выполнены с возможностью вращения вокруг общей оси X вращения. Входной 1 и выходной 2 элементы направляются во вращении относительно друг друга подшипником, таким как подшипник 3 качения.
Входной 1 и выходной 2 элементы связаны во вращении средствами демпфирования. Средства демпфирования выполнены с возможностью передачи крутящего момента от входного элемента 1 по направлению к выходному элементу 2 (прямое направление) и противодействующего момента от выходного элемента 2 по направлению к входному элементу 1 (обратное направление). С другой стороны, средства демпфирования создают момент упругого возврата, стремящийся вернуть входной элемент 1 и выходной элемент 2 в относительное угловое положение покоя.
Средства демпфирования содержат упругую пластинку 4, которая неподвижно соединена во вращении с входным элементом 1. На своем свободном конце упругая пластинка 4 имеет кулачковую поверхность 6, которая выполнена с возможностью взаимодействия с кулачковым следящим устройством, которым является ролик 5, установленный на выходном элементе 2. Пластинка выполнена таким образом, чтобы выдерживать высокие нагрузки, которые могут достигать 1500 МПа. Упругая пластинка 4 выполнена, например, из стали 51CV4, подвергнутой специальной термической обработке, такой как закалка с последующим отпуском.
Упругая пластинка 4 прикреплена к входному элементу 1 вблизи оси X вращения. Упругая пластинка 4 содержит участок 41, проходящий, по существу, радиально от зоны ее крепления на входном элементе 1. Участок 41 проходит через колено изогнутым участком 42. Изогнутый участок 42 проходит, по существу, в окружном направлении. Радиус кривизны изогнутого участка 42, а также расстояние между коленом, находящимся между участком 41 и изогнутым участком 42, определяют в зависимости от необходимой жесткости упругой пластинки 4. Упругая пластинка 4 может быть выполнена в виде единой детали, или она может состоять из нескольких пластинок, скрепленных друг с другом в осевом направлении.
Ролик 5 установлен на выходном элементе 2 с возможностью вращения вокруг оси 7 вращения. Ролик 5 удерживается упираясь в кулачковую поверхность 6 и выполнен с возможностью качения по указанной кулачковой поверхности 6 во время относительного движения между входным элементом 1 и выходным элементом 2. Ролик 5 расположен радиально снаружи кулачковой поверхности 6 таким образом, чтобы удерживать упругую пластинку 4 в радиальном направлении, когда на нее действует центробежная сила. Чтобы уменьшить излишние трения, которые могут отрицательно повлиять на функцию демпфирования, ролик 5 установлен с возможностью вращения на выходном элементе 2 посредством подшипника качения. Например, подшипник качения может быть шарикоподшипником или роликоподшипником. Согласно варианту осуществления ролик 5 имеет антифрикционное покрытие.
На фиг. 1 входной элемент 1 и выходной элемент 2 показаны в относительном угловом положении покоя.
Кулачковая поверхность 6 выполнена таким образом, чтобы при угловом отклонении между входным элементом и выходным элементом с двух сторон от этого относительного положения покоя, ролик 5 перемещался по кулачковой поверхности 6 и действовал при этом усилием изгиба на упругую пластинку 6. За счет реакции упругая пластинка 6 действует на ролик 5 возвратной силой, которая стремится вернуть входной 1 и выходной 2 элементы в их относительное угловое положение покоя.
Далее со ссылками на фиг. 2 и фиг. 3 следует подробное описание функции демпфирования торсионного демпфера.
Когда крутящий момент передается от входного элемента 1 к выходному элементу 2 (прямое направление), передаваемый крутящий момент приводит к относительному отклонению между входным элементом 1 и выходным элементом 2 в первом направлении (см. фиг. 2). При этом ролик 5 перемещается на угол α относительно упругой пластинки 4. Это перемещение ролика 5 по кулачковой поверхности 6 приводит к изгибу упругой пластинки 4 на величину Δ. Чтобы проиллюстрировать изгиб пластинки 4, пластинка 4 показана сплошной линией в своем угловом положении покоя и пунктирной линией во время углового отклонения.
Усилие изгиба Р зависит, в частности, от геометрии пластинки и от ее материала, в частности, от его модуля упругости на изгиб. Усилие изгиба Р разделяется на радиальную составляющую Pr и на касательную составляющую Pt. Касательная составляющая Pt обеспечивает передачу крутящего момента. За счет реакции упругая пластинка 4 действует на ролик силой реакции, касательная составляющая которой образует возвратную силу, стремящуюся вернуть входной 1 и выходной 2 элементы в их относительное угловое положение покоя.
Когда крутящий момент передается от выходного элемента 2 к входному элементу 1 (обратное направление), передаваемый крутящий момент приводит к относительному отклонению между входным элементом 1 и выходным элементом 2 во втором противоположном направлении (см. фиг. 3). При этом ролик 5 перемещается на угол β относительно упругой пластинки 4. В этом случае касательная составляющая Pt усилия изгиба имеет направление, противоположное направлению касательной составляющей усилия изгиба, показанного на фиг. 2. Точно так же, упругая пластинка 4 действует силой реакции в направлении, противоположном направлению, показанному на фиг. 2, чтобы вернуть входной 1 и выходной 2 элементы в их относительное угловое положение покоя.
Торсионные вибрации и неравномерности крутящего момента, создаваемые двигателем внутреннего сгорания, передаются через ведущий вал на входной элемент 1 и тоже создают относительные вращения между входным 1 и выходным 2 элементами. Эти вибрации и неравномерности гасятся посредством изгиба упругой пластинки 4.
На фиг. 6а, 6b и 6с показаны характеристические кривые торсионных демпферов в соответствии с изобретением. На фиг. 6а показана характеристическая кривая предварительного демпфера, которым снабжен диск фрикционной муфты, тогда как на фиг. 6b и 6с показаны характеристические кривые основных демпферов, которыми снабжен диск фрикционной муфты. Эти характеристические кривые отображают передаваемый крутящий момент, выраженный в Н.м, в зависимости от углового отклонения, выраженного в градусах. Относительное отклонение между входным 1 и выходным 2 элементами в прямом направлении показано пунктирной линией, тогда как отклонение в обратном направлении показано сплошной линией. Следует отметить, что торсионный демпфер в соответствии с изобретением позволяет, в частности, получать характеристические кривые демпфирования, наклон которых меняется постепенно без скачков.
Предпочтительно, кулачковая поверхность 6 и упругая пластинка 4 выполнены таким образом, чтобы характеристическая функция передаваемого крутящего момента в зависимости от углового отклонения была монотонной функцией.
Кроме того, кулачковая поверхность 6 и упругая пластинка 4 выполнены таким образом, чтобы передаваемый крутящий момент превышал максимальный крутящий момент двигателя, когда ролик 5 достигает двух концов кулачкового пути 4.
В некоторых вариантах применения кулачковая поверхность 6 и упругая пластинка 4 могут быть выполнены таким образом, чтобы характеристические кривые передаваемого момента в зависимости от углового отклонения в обратном направлении и в прямом направлении были симметричными относительно углового положения покоя.
Фиг. 4 и 5 поясняют второй вариант осуществления изобретения, в соответствии с которым торсионный демпфер содержит две упругие пластинки 4. Первая и вторая упругие пластинки 4 выполнены в виде единой детали и являются симметричными относительно оси X вращения. Каждая из пластинок 4 имеет кулачковую поверхность 6, взаимодействующую с кулачковым следящим устройством 5. Такая конструкция позволяет, с одной стороны, получить сбалансированный торсионный демпфер и, с другой стороны, представляет интерес, если предназначенный для передачи крутящий момент является большим.
В соответствии с одним вариантом осуществления (не показано) элемент передачи крутящего момента согласно изобретению оснащен двумя описанными выше торсионными демпферами, установленными последовательно.
В соответствии с другим вариантом осуществления (не показано) элемент передачи крутящего момента согласно изобретению снабжен двумя описанными выше торсионными демпферами, установленными параллельно.
Раскрыто несколько частных вариантов осуществления изобретения, но, разумеется, изобретение ни в коем случае не ограничено ими и охватывает все технические эквиваленты описанных средств, а также их комбинации, если они не выходят за рамки изобретения. В частности, согласно описанному выше варианту осуществления упругая пластинка неподвижно соединена с входным элементом, а кулачковое следящее устройство установлено на выходном элементе, однако точно так же упругая пластинка может быть установлена на выходном элементе, а кулачковое следящее устройство - на входном элементе.