專利名稱：曲軸減震器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)動機(jī)的曲軸減震器。
背景技術(shù)：
在發(fā)動機(jī)的運行中，氣缸點火燃燒的瞬間會產(chǎn)生巨大的壓力，該壓力通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳遞到曲軸上，驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)。由于發(fā)動機(jī)每個缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的瞬時巨大壓力對其曲軸都會產(chǎn)生一個沖擊，因此，曲軸在工作周期內(nèi)將產(chǎn)生不均勻的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角速度峰值個數(shù)與工作周期的點火數(shù)對應(yīng)。曲軸的這種不均勻旋轉(zhuǎn)稱之為曲軸滾震。另外，由于曲軸存在一定的扭轉(zhuǎn)剛度，作用在前端曲拐上的力會使曲軸前端相對后端迅速發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，而當(dāng)作用力消失后，這種扭轉(zhuǎn)迅速復(fù)位。這種現(xiàn)象為曲軸扭震。為了減小曲軸滾震及扭震的影響，當(dāng)前發(fā)動機(jī)曲軸匹配了飛輪和圓形的曲軸減震器(TORSION VIBRATION DAMPER)。在此類曲軸減震器內(nèi)部存在橡膠阻尼環(huán)，能夠避免曲軸產(chǎn)生共振以及吸收部分扭震能量。圖1-4為當(dāng)前常見結(jié)構(gòu)曲軸減震器(圖1、2表示內(nèi)圈與曲軸連接的曲軸減震器，圖3、4表示外圈與曲軸連接的曲軸減震器)，外形為圓形，節(jié)圓上的點到旋轉(zhuǎn)中心的距離是恒定的，即半徑不是變化的。但是，現(xiàn)有的曲軸減震器仍然不能完全消除曲軸扭震和曲軸滾震的影響，使得曲軸減震器依然會存在不均勻旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其驅(qū)動的附件皮帶產(chǎn)生張力波動。較大的皮帶張力波動不僅會使皮帶打滑，磨損加劇，產(chǎn)生噪音，而且會對其他附件產(chǎn)生沖擊，特別是轉(zhuǎn)動慣量較大的發(fā)電機(jī)和空調(diào)壓縮機(jī)等零部件。圖5為現(xiàn)有的直列4缸發(fā)動機(jī)曲軸減震器在不同轉(zhuǎn)速下的一個工作周期內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動。從圖5中可以看出，發(fā)動機(jī)720度工作周期內(nèi)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動出現(xiàn)4個峰值區(qū)(這一周期內(nèi)發(fā)動機(jī)點火4次)；在發(fā)動機(jī)低速時,轉(zhuǎn)速波動幅度較大,隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)速波動幅度逐漸減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種變化半徑的曲軸減震器(VARIABLE RADIUS-TORSI ON VIBRATIONDAMPER,簡稱VR-TVD)，以減小曲軸滾震及扭震現(xiàn)象對前端附件皮帶張力的影響，從而延長皮帶的使用壽命。本發(fā)明的曲軸減震器包括:外圈和內(nèi)圈，所述外圈整體呈非正圓形。另外，本發(fā)明的曲軸減震器的外圈整體形狀為近似橢圓形。或者，本發(fā)明的曲軸減震器的外圈整體形狀為近似正多邊形，例如:三角形、四邊形、五邊形等。另外，本發(fā)明的曲軸減震器中，內(nèi)圈和外圈之間設(shè)有橡膠阻尼環(huán)。另外，本發(fā)明的曲軸減震器中，外圈與內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，內(nèi)圈與曲軸連接。
或者，本發(fā)明的曲軸減震器中，外圈與內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，外圈與曲軸連接。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在降低發(fā)動機(jī)附件皮帶張力波動時折中考慮了低速和高速工況，使外圈整體形成非傳統(tǒng)的正圓形，因此可將皮帶張力波動較大的工況盡可能地移到發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速外或不常用的極高速區(qū)，減少對附件皮帶的影響，使得在常用工況轉(zhuǎn)速內(nèi)皮帶張力波動下降，提高皮帶壽命，從而延長了皮帶的更換周期，節(jié)約了資源。由于使用本發(fā)明的曲軸減震器，使得皮帶的張力波動下降，附件皮帶設(shè)計可以變窄，既節(jié)約了資源，又能夠縮短發(fā)動機(jī)軸向長度，有利于發(fā)動機(jī)的緊縮化，便于發(fā)動機(jī)在整車上的設(shè)計布置。由于使用本發(fā)明的曲軸減震器，使得皮帶的張力波動下降，可以避免對轉(zhuǎn)動慣量較大的附件造成沖擊(如發(fā)電機(jī)和空調(diào)壓縮機(jī))，從一定程度上可以避免使用OAP皮帶輪或OAD皮帶輪等成本較高的減震零件,從而降低發(fā)動機(jī)成本。


圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)的一種曲軸減震器的俯視圖。圖2是表示現(xiàn)有技術(shù)的一種曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖3是表示現(xiàn)有技術(shù)的另一種曲軸減震器的俯視圖。圖4是表示現(xiàn)有技術(shù)的另一種曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖5是表示現(xiàn)有的直列4缸發(fā)動機(jī)曲軸減震器在不同轉(zhuǎn)速下一個工作周期內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動情況的示意圖。圖6是將使用本發(fā)明的曲軸減震器前后的皮帶張力波動情況進(jìn)行對比的示意圖。圖7是表示本發(fā)明的曲軸減震器的俯視圖。圖8是表示本發(fā)明的曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖9是表示本發(fā)明實施方式I的曲軸減震器的俯視圖。圖10是表示本發(fā)明實施方式I的曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖11是表示本發(fā)明實施方式2的曲軸減震器的俯視圖。圖12是表示本發(fā)明實施方式2的曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖13是表示本發(fā)明實施方式3的曲軸減震器的俯視圖。圖14是表示本發(fā)明實施方式3的曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖15是表示本發(fā)明實施方式4的曲軸減震器的俯視圖。圖16是表示本發(fā)明實施方式4的曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖17是表示本發(fā)明實施方式5的曲軸減震器的俯視圖。圖18是表示本發(fā)明實施方式5的曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖19是表示本發(fā)明實施方式6的曲軸減震器的俯視圖。圖20是表示本發(fā)明實施方式6的曲軸減震器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實施例方式以下對本實施方式的具體實施方式
作詳細(xì)說明。以下實施方式僅僅是本實施方式技術(shù)方案的一例，不應(yīng)被解釋為對本實施方式保護(hù)范圍的限定。
為了減小曲軸滾震及扭震的影響，發(fā)動機(jī)曲軸上都安裝有曲軸減震器。針對曲軸減震器的改善，本發(fā)明考慮了以下幾個問題:I)如圖5所示，發(fā)動機(jī)在低速和高速時曲軸角速度波動幅度是不一樣的，而對于一款發(fā)動機(jī)只能匹配一個曲軸減震器。因此，可以通過在降低發(fā)動機(jī)附件皮帶張力波動時折中考慮低速和高速工況，以盡可能地將皮帶張力波動較大的工況移到發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速外或不常用的極高速區(qū)，減少對附件皮帶的影響。2)曲軸減震器的旋轉(zhuǎn)工作周期是360度，發(fā)動機(jī)工作周期是720度，確認(rèn)發(fā)動機(jī)曲軸前端前360度和后360度內(nèi)角速度波動規(guī)律相同或相近(否則需要擬合曲線，使前360度和后360度內(nèi)角速度波動規(guī)律相同)。3)本發(fā)明的曲軸減震器在0°相位的半徑是根據(jù)曲軸前端在該相位瞬時角速度計算出的，該相位與附件皮帶的切入點的存在β角度的相位差，因此，設(shè)計曲軸減震器時，可使曲軸減震器的0°相位與皮帶切入點P的相位重合，從而使曲軸減震器和曲軸之間采用定位鍵來固定兩者相位的關(guān)系。如圖7、8所示，本發(fā)明曲軸減震器由外圈I和內(nèi)圈2組成(在無橡膠阻尼環(huán)的情況下，內(nèi)外圈可以為一體；在有橡膠阻尼環(huán)3的情況下，橡膠阻尼環(huán)3設(shè)置于外圈I和內(nèi)圈2之間)。外圈I的皮帶輪其有效節(jié)圓不是常規(guī)減震器的正形，而是近似橢圓形或近似正多邊形(可根據(jù)發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)而定，例如4缸機(jī)為近似橢圓，6缸機(jī)為近似正三角形)，其節(jié)圓上的點到旋轉(zhuǎn)中心的距離隨發(fā)動機(jī)角速度有規(guī)律的波動而變化。在某一平均轉(zhuǎn)速下，曲軸減震器的外圈皮帶輪節(jié)圓上的點到旋轉(zhuǎn)中心的距離可以由以下公式確定:Ran = OcinRcZcoan(a發(fā)動機(jī)曲軸相位,范圍O 720° , η發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)Ran轉(zhuǎn)速為η，曲軸相位為a時，曲軸減震器的外圈節(jié)圓上的點到旋轉(zhuǎn)中心的距離；COcin轉(zhuǎn)速為n時的平均角速度，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)平均轉(zhuǎn)速η，依據(jù)Otln = 2 π η/60算出(η發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位:轉(zhuǎn)/分)；R0圓形曲軸減震器的外圈有效節(jié)圓的半徑；Oan轉(zhuǎn)速為η時，相位為a時的本發(fā)明的曲軸減震器的外圈的角速度。圖6是將使用本發(fā)明的曲軸減震器前后的皮帶張力波動情況進(jìn)行對比的示意圖，表示了某直列4缸機(jī)采用本發(fā)明的曲軸減震器后，理論計算的皮帶張力波動情況。很明顯，在4500rpm以內(nèi)皮帶張力波動下降，從850rpm 4500rpm之間，皮帶張力波動下降幅度為9% 100%，其中IOOOrpm時的峰值點皮帶張力波動幅度下降了 24%，3000rpm時的皮帶張力沒有波動，在4500rpm以上，張力波動有少量增加。(注:由于柴油發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速比汽油機(jī)低，角震動也較大，從這個角度考慮，在柴油機(jī)上實施本發(fā)明的曲軸減震器技術(shù)效果會更佳)。在采用本發(fā)明的曲軸減震器的情況下，在直列4缸發(fā)動機(jī)臺架(或整車)上加載試驗(負(fù)載和附件都加載)，實測出圓形曲軸減震器的外圈I的在不同轉(zhuǎn)速下不同曲軸相位下的角速度《an曲線、不同轉(zhuǎn)速下皮帶張力、皮帶抖動曲線(如果沒有試驗可以通過CAE模擬計算)。如圖6所示，通常發(fā)動機(jī)在低速區(qū)(1000-1500rpm)皮帶的張力波動較大，實施的發(fā)動機(jī)的最大波動轉(zhuǎn)速在1200rpm，為了兼顧高速和低速，實施VR-TVD選擇的轉(zhuǎn)速定在2500-3500rpm，這樣既可以消除低轉(zhuǎn)速區(qū)的皮帶張力波動，高轉(zhuǎn)速區(qū)的皮帶張力波動增加的也不會太多，整個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的皮帶張力波動比較均勻。選擇2500rpm, 3000rpm, 3500rpm的瞬時角速度曲線，按照前面的方法，設(shè)計并制作不同轉(zhuǎn)速下的曲軸減震器(注意:設(shè)計的所有曲軸減震器與現(xiàn)有的圓形曲軸減震器的固有頻率一樣，否則需要和圓形減震器開發(fā)一樣，做曲軸減震器的選頻試驗)；再通過試驗測出不同曲軸減震器對降低皮帶張力、抖動的降低效果，綜合噪音情況確定最終的曲軸減震器的方案，圖6顯示的是采用了本發(fā)明的曲軸減震器(VR-TVD)的某發(fā)動機(jī)在3000rpm下實施的技術(shù)理論效果。采用本發(fā)明的曲軸減震器后具有如下優(yōu)勢:1.在常用工況轉(zhuǎn)速內(nèi)皮帶張力波動下降，皮帶壽命可以提高，從而延長了皮帶的更換周期，節(jié)約了資源。2.使用本發(fā)明的曲軸減震器后皮帶張力波動下降，附件皮帶設(shè)計可以變窄，既節(jié)約了資源，又可以縮短了發(fā)動機(jī)軸向長度，便于發(fā)動機(jī)在整車上的設(shè)計布置。3.使用本發(fā)明的曲軸減震器后皮帶張力波動下降，可以避免對轉(zhuǎn)動慣量較大的附件造成沖擊(如發(fā)電機(jī)和空調(diào)壓縮機(jī))，從一定程度上可以避免使用OAP皮帶輪或OAD皮帶輪等成本較高的減震零件，從而降低發(fā)動機(jī)成本。(關(guān)于OAP(OverrunningAlternatorPulley)皮帶輪和 OAD (Overrunning Alternator Decoupler)皮帶輪，兩者都是裝在發(fā)電機(jī)上的皮帶輪，OAP皮帶輪僅具有單向離合功能，功能和自行車后軸上的棘輪差不多，當(dāng)皮帶驅(qū)動發(fā)電機(jī)時，OAP皮帶輪的內(nèi)外圈合為一體，這樣皮帶驅(qū)動皮帶輪旋轉(zhuǎn)時就帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)皮帶減速時，由于發(fā)電機(jī)慣量較大，會保持一定的轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這時OAP皮帶輪的內(nèi)外圈會自動分離，出現(xiàn)內(nèi)外圈打滑，這樣發(fā)電機(jī)就不會反拖皮帶運轉(zhuǎn)，減小對皮帶的沖擊。OAD皮帶輪相比OAP皮帶輪，除了單向離合功能外，還具有減震和限制扭矩作用，其內(nèi)部有彈簧和摩擦裝置，當(dāng)皮帶加速驅(qū)動發(fā)電機(jī)時，彈簧會隔離皮帶對帶輪的沖擊，當(dāng)扭矩很大時，內(nèi)外圈還會出現(xiàn)打滑，以限制驅(qū)動扭矩。)以下，對本發(fā)明的幾個具體實施方式
進(jìn)行說明。實施例1應(yīng)用于直列4缸機(jī)的曲軸減震器如圖9、10所示，本實施例1的曲軸減震器的外圈整體呈近似橢圓形，內(nèi)、外圈形成為一體，不設(shè)置橡膠阻尼環(huán)?？梢酝ㄟ^鋼板沖壓、旋壓來制成。實施例2應(yīng)用于直列4缸機(jī)的曲軸減震器如圖11、12所示，本實施例2的曲軸減震器的外圈整體呈近似橢圓形，外圈與內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，內(nèi)圈與曲軸連接。實施例3應(yīng)用于直列4缸機(jī)的曲軸減震器如圖13、14所示，本實施例3的曲軸減震器的外圈整體呈近似橢圓形，外圈與內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，外圈與曲軸連接。實施例4應(yīng)用于V型6缸機(jī)的曲軸減震器如圖15、16所示，本實施例4的曲軸減震器的外圈整體呈近似正三角形，內(nèi)、外圈形成為一體，不設(shè)置橡膠阻尼環(huán)?？梢酝ㄟ^鋼板沖壓、旋壓來制成。實施例5
應(yīng)用于V型6缸機(jī)的曲軸減震器如圖17、18所示，本實施例5的曲軸減震器的外圈整體呈近似正三角形，外圈與內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，內(nèi)圈與曲軸連接。實施例6應(yīng)用于V型6缸機(jī)的曲軸減震器如圖19、20所示，本實施例6的曲軸減震器的外圈整體呈近似正三角形，外圈與內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，外圈與曲軸連接。
權(quán)利要求
1.一種曲軸減震器，其特征在于，包括:外圈和內(nèi)圈， 所述外圈整體呈非正圓形。
2.如權(quán)利要求1所述的曲軸減震器，其特征在于，所述外圈整體形狀為近似橢圓形。
3.如權(quán)利要求1所述的曲軸減震器，其特征在于，所述外圈整體形狀為近似正多邊形。
4.如權(quán)利要求1-3所述的曲軸減震器，其特征在于，所述內(nèi)圈和所述外圈之間設(shè)有橡膠阻尼環(huán)。
5.如權(quán)利要求4所述的曲軸減震器，其特征在于，所述外圈與所述內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，內(nèi)圈與曲軸連接。
6.如權(quán)利要求4所述的曲軸減震器，其特征在于，所述外圈與所述內(nèi)圈通過橡膠阻尼環(huán)連接，外圈與曲軸連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種曲軸減震器，包括外圈(1)和內(nèi)圈(2)，所述外圈(1)整體呈非正圓形。利用本發(fā)明的曲軸減震器，可減小曲軸滾震及扭震現(xiàn)象對前端附件皮帶張力的影響，從而延長皮帶的使用壽命。
文檔編號F16F15/10GK103104656SQ20111035782
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者王京堂, 平銀生, 鄭重, 鄭志強(qiáng), 張小虎, 姜耀全, 薛理心 申請人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司