демпфер крутильных колебаний системы

Формула изобретения

ДЕМПФЕР КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ СИСТЕМЫ, содержащий по крайней мере один закрепляемый на вращающемся валу несущий диск, связанные с ним упругие и инерционные элементы в виде плоских дисков, образующих блоки, в каждом из которых по обе стороны от каждого из инерционных дисков расположены упругие диски, и аксиально расположенные в несущем диске стержни, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, упругими и инерционными дисками образованы по крайней мере четыре блока, несущий диск и диски каждого блока стянуты стержнями, между последними и инерционными дисками образованы гарантированные зазоры, а собственные частоты _i колебаний блоков составляют арифметическую прогрессию в диапазоне



где _o заданная собственная частота крутильных колебаний системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике гашения колебаний в механических системах посредством свободно качающихся масс, вращающихся вместе с системой, в частности к конструкции демпферов крутильных колебаний.

Известен демпфер для гашения крутильных колебаний [1] содержащий несущий диск, закрепленный посредством ступицы на вращающемся валу, и смонтированные по обе стороны диска упругие и инерционные элементы.

Демпфер настроен на одну собственную частоту крутильных колебаний вращающегося вала. В то же время, например, двигатель внутреннего сгорания имеет целую гамму собственных частот крутильных колебаний коленчатого вала. В связи с этим диапазон применения демпфера ограничивается (при неизменных конструктивных элементах) только одной конструкцией двигателя и он служит для уменьшения амплитуды только одной собственной частоты крутильных колебаний коленчатого вала.

Известен демпфер крутильных колебаний системы [2] содержащий по крайней мере один закрепляемый на вращающемся валу несущий диск, связанные с ним упругие и инерционные элементы в виде плоских дисков, образующих блоки, в каждом из которых по обе стороны от каждого из инерционных элементов расположены упругие диски, и аксиально расположенные в несущем диске стержни.

Этот демпфер, как и описанный выше, настроен на одну собственную частоту крутильных колебаний коленчатого вала, что снижает его эксплуатационные возможности. Кроме того, отсутствуют средства для настройки демпфера на необходимую собственную частоту колебаний вращающегося вала.

Цель изобретения расширение эксплуатационных возможностей демпфера.

Сущность изобретения заключается в том, что в демпфере крутильных колебаний системы, содержащем по крайней мере один закрепляемый на вращающемся валу несущий диск, связанные с ним упругие и инерционные элементы в виде плоских дисков, образующих блоки, в каждом из которых по обе стороны от каждого из инерционных дисков расположены упругие диски, и аксиально расположенные в несущем диске стержни, упругими и инерционными дисками образованы по крайней мере четыре блока, несущий диск и диски каждого блока стянуты стержнями, между последними и инерционными дисками образованы гарантированные зазоры, а собственные частоты w_i колебаний блоков составляют арифметическую прогрессию в диапазоне

0,70 1,30 где w_o заданная собственная частота крутильных колебаний системы.

При таком конструктивном выполнении, с одной стороны, значительно упрощается конструкция и стоимость изготовления устройства, а с другой стороны, появляется возможность настройки демпфера на целую гамму частот, что приводит к снижению максимальных амплитуд колебаний до необходимого значения. При этом при неизменных конструктивных параметрах один и тот же демпфер после настройки можно использовать на целом семействе, например, двигателей с различным литражом, что уменьшает номенклатуру изделий.

На фиг. 1 показан демпфер, установленный на карданном валу автомобиля; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 демпфер, установленный на звездочке приводного вала двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 4 расчетная зависимость амплитуды крутильных колебаний от количества блоков при равных условиях, т.е. при одинаковом логарифмическом декременте и при

I_o= I_i где I_i момент инерции демпфера с одной массой; I_o суммарный момент инерции блоков; на фиг. 5 экспериментальные данные.

Демпфер (фиг. 1 и 2) содержит по крайней мере один несущий диск 1, закрепленный на вращающемся валу 2 (в частности на фиг. 1 показан карданный вал автомобиля, на фиг. 2 это ступица звездочки цепного привода агрегатов двигателя, закрепленная на носке коленчатого вала), упругие 3 и инерционные 4 элементы. Элементы 3 и 4 выполнены в виде плоских дисков, образующих по крайней мере четыре отдельных блока А, в каждом из которых по обе стороны от каждого из инерционных элементов 4 расположены упругие элементы 3. Несущий диск 1 и элементы 3 и 4 каждого из блоков А стянуты аксиальными стержнями 5. Между стержнями 5 и инерционными элементами 4 образован гарантированный зазор 6. Стяжка блоков А в конкретном случае осуществляется гайками 7.

В результате приложения к шатунным шейкам со стороны шатунов знакопеременных нагрузок, коленчатый вал 2 наряду с вращательным движением совершает еще и угловые перемещения (крутильные колебания) относительно своей оси вращения. Наиболее интенсивны амплитуды этих колебаний на резонансных частотах коленвала 2. Крутильные колебания на этих резонансных частотах могут быть настолько интенсивными, что может произойти поломка коленвала 2 (в практике такие случаи имеют место).

Регулируя гайками 4 усилие стягивания блока A, включающего упругие 3, инерционные 4 элементы и сам несущий диск 1 (звездочка коленвала), настраивают демпфер таким образом, чтобы его собственная частота в точности совпала с одной из гаммы собственных частот крутильных колебаний коленвала 2. При выполнении этого условия фаза крутильного колебания инерционного элемента 4 отличается от фазы крутильного колебания коленвала на 180^о, т.е. демпфер работает как динамический виброгаситель. Одновременно с этим происходит рассеивание энергии в упругих элементах 3 (резине), т.е. демпфер работает как вибропоглотитель.

Поскольку в конструкции демпфера (фиг. 1) предусмотрено несколько блоков A, в частности четыре, демпфер можно настроить одновременно не менее чем на четыре частоты крутильных колебаний вращающегося вала (в данном случае это карданный вал 2 автомобиля), что повышает эффективность демпфера в работе и является его безусловным преимуществом.

Преимуществом является и то, что при неизменных конструктивных параметрах демпфер можно установить на целое семейство двигателей с различным литражом (что имеет место на Волжском автозаводе), так как предлагаемый многоблочный демпфер позволяет эффективно использовать его в значительном диапазоне собственных частот карданного или коленчатого валов.

Для обеспечения работоспособности демпфера между его инерционными элементами 4 и стержнями 5 имеет место гарантированный зазор 6, величина которого выбирается из следующих соображений. Например, для двигателя ВАЗ максимальный (на резонансной частоте) угол закрутки коленвала 2 составляет до 0,33^о.

На фиг. 1 показан демпфер, в составе которого имеются четыре блока A. Однако таких блоков может быть n-е количество, в зависимости от которого достигается необходимый минимальный уровень крутильных колебаний. Как это показано на фиг. 3, для оптимального достижения положительного эффекта в конструкцию требуется введение не менее четырех инерционных элементов. Дальнейшее увеличение их количества практически не сказывается на эффективности гашения крутильных колебаний, но увеличивается трудоемкость изготовления демпфера, усложняется его конструкция, возрастают вес и габариты, что нежелательно.

На фиг. 4 представлен график зависимости максимальной амплитуды колебаний от диапазона частот настройки (включая границы диапазона), в которых равно распределены свободные частоты колебаний элементов блоков A, при этом центр диапазона частот совпадает с частотой _o

Здесь _o собственная частота основной системы (без гасителей);

- диапазон частот, в котором равно распределены нарицательные частоты свободных колебаний, включая и границы диапазона;

n число инерционных элементов 4 в блоке A;

A максимальная амплитуда колебаний основной системы.

Центр диапазона частот совпадает с частотой _o

Анализ графика показывает, что при совпадении центра диапазона частот настройки с частотой _o и равным распределением собственных частот колебаний элементов блока A в этом диапазоне оптимальным диапазоном настройки собственных частот колебаний элементов блока A является /_o 0,6. Это можно зап- исать в виде 0,7 1,3 (т.е. 0,6 _o, а центр диапазона совпадает с _o, получаем =0,3_o ).