ДЕМПФЕР КОЛЕБАНИЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F16F15/12 

Изобретение относится к технике гашения колебаний в механических агрегатах двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) посредством использования свободно колеблющихся масс, вращающихся вместе с валом, в частности в конструкциях демпферов колебаний коленчатого вала ДВС.

Классическая схема демпфера колебаний, в частности коленчатого (приводного) вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС) представлена, например, в заявке Японии N 5-53974, кл. F 16 F 15/12, 1984, и включает присоединительную ступицу, сформированную из присоединительной и дисковой частей, и обод, между которыми радиально привулканизировано упругое (резиновое) кольцо, выполняющее роль настроенной колеблющейся массы.

Демпфер выполняет полезную функцию успокоителя динамических деформаций, возникающих в результате крутильных и изгибных колебаний непосредственно структуры коленчатого вала, однако дисковая часть его ступицы и обод (свободно качающаяся масса демпфера), совершая интенсивные крутильные, изгибные и осевые колебания относительно присоединительной части ступицы, являются, таким образом, "вредным" звуковым излучателем типа звукоизлучающей диафрагмы громкоговорителя. Более того, демпфер, установленный на носке коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, например вблизи тонкостенной крышки (кожуха) привода газораспределительного механизма (далее ГРМ), может неизбежно усиливать (и существенно) указанное звуковое излучение крышки как вторичного излучателя звука.

В качестве прототипа выбран демпфер колебаний коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, описанный в заявке Японии N 2-9214 (JP)B, кл. F 16 F 15/12, опубл. 01.03.90, N 5-231, содержащий ступицу, на которую через упругое кольцо посажен массивный обод, выполняющий функцию гасителя крутильных колебаний коленвала. В ступице, со стороны носка коленчатого вала, выполнено цилиндрическое углубление, внутри которого размещен второй кольцеобразный динамический демпфер, выполненный в виде массивного кольцевого элемента, закрепленного через упругую прокладку на торцевой части цилиндрического углубления, и поглощающий изгибные вибрации носка коленчатого вала, т.е. выполняющий функцию гасителя изгибных колебаний коленвала.

Такой комбинированный виброгаситель крутильных и изгибных колебаний, включающий двухмассовую колебательную систему, подключенную к структуре коленчатого вала, позволяет достаточно эффективно ослабить крутильные и изгибные колебания носка коленчатого вала, за счет тангенциального, касательного и консольного подключения упруго закрепленных соответствующих масс, и соответственно успокоить структуру коленчатого вала в целом. В это же время, вследствие ослабления изгибных и осевых колебаний носка коленвала, дополнительно ослабляются интенсивные изгибные колебания дисковой части демпфера как вибрирующей диафрагмы и, таким образом, ослабляется излучаемый ею (дисковой частью) звук.

Однако и в прототипе имеет место то обстоятельство, что составные части демпфера, в первую очередь обод и дисковая часть ступицы, продолжают совершать достаточно интенсивные колебания относительно ступицы, являясь при этом по сути дела излучателями диафрагменного типа, т.к. "раскачиваются" от периферии колеблющимися массами (кольцами) демпфера. Кроме того, эффективность в работе прототипа достигается за счет применения достаточно сложного конструктивного решения, связанного с существенным удорожанием конструкции, увеличением массы, усложнения технологии изготовления и контроля качества (собственные резонансные частоты демпфера должны находиться в узком поле допуска). При этом следует отметить, что работа демпфера основана на преобразовании колебательной энергии в тепловую, возникающую при деформировании резиновых слоев (молекулярное трение), а в прототипе отсутствуют какие-либо средства, ограничивающие допустимый температурный режим. В процессе эксплуатации демпфера его резиновые элементы значительно нагреваются также от горячих частей двигателя (носка коленвала), что приводит к существенному изменению их упругожесткостных и демпфирующих характеристик, снижается их долговечность, а значит, эффективность и ресурс демпфера в целом.

Задачей изобретения является ослабление излучения звука элементами демпфера, упрощение и удешевление конструкции, повышение надежности и эффективности ее в работе.

Для решения поставленной технической задачи предлагается в известном демпфере колебаний, содержащем ступицу с дисковой частью и обод, между которыми размещен упругий, в частности резиновый кольцевой элемент, по крайней мере дисковую часть ступицы выполнить из металлического прессованного волокнистого воздухопроницаемого материала (пористого сетчатого материала, далее ПСМ).

При таком конструктивном исполнении положительный эффект достигается за счет выполнения дисковой части ступицы демпфера из ПСМ или другого аналогично высокодемпфирующего материала, ослабляющего излучение звука этой частью демпфера, за счет уменьшения коэффициента излучения этой пористой структуры. Более того, пористая воздухопроницаемая структура, из которой состоит дисковая часть ступицы, выполняет даже функцию звукопоглощающего элемента в зоне шумовиброактивного переднего кожуха ограждения привода газораспределительного механизма и вспомогательных агрегатов двигателя, а также позволяет обеспечить более эффективный отвод тепла от эластичной резиновой вставки и одновременно уменьшить подвод тепла от нагретого коленчатого вала и ступицы демпфера, вследствие увеличенных потерь тепла в волокнистом воздухопроницаемом слое ПСМ демпфера, что важно для ее долговечности. Наличие промежуточного вибродемпфирующего слоя в структуре демпфера благоприятно с точки зрения гашения его собственных нежелательных (паразитных) резонансов, вследствие высоких значений коэффициента механических потерь слоя из ПСМ.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано поперечное сечение демпфера колебаний.

Демпфер колебаний содержит ступицу 1 с дисковой частью 2 и обод 3, между которыми размещен упругий (резиновый) кольцевой элемент 4. На чертеже, в качестве примера, демпфер установлен на носке коленчатого вала 5 двигателя внутреннего сгорания. Дисковая часть 2 ступицы 1 демпфера выполнена из металлического прессованного пористого воздухопроницаемого материала, например пористого сетчатого материала.

Работает демпфер обычным образом.

Известно, например, из публикаций (копии прилагаются):
- Anders Agren. Aspects of how to design less noisy diesel endines. NAM, 96, Nordic Acoustical Meeting Helsinki, 12-14 June 1966, p. 113...120.

- Orjan Johansson, Anders Agren. Noise radiation from a torsional vibration damper in a diesel engine. INTER-NOISE, 93, Leuven-Belgium, August 24-26, p. 1501...1504.

- Шум на транспорте. Пер. с англ. К.Г. Бомштейна. М.: Транспорт, 1995, с. 69, рис. 4.21 и с. 102,
что демпфер крутильных колебаний коленчатого вала, выполняя полезную функцию успокоителя динамических деформаций (крутильных и взаимосвязанных с ними изгибных и осевых) непосредственно структуры коленвала, с целью снижения динамического возбуждения блока картера цилиндров двигателя, через коммуникационные связи - коренные опоры (подшипники) на его внешние стенки и близкорасположенные тонкостенные присоединительные детали - масляный поддон, крышку или кожух привода газораспределительного механизма, защитный кожух корпуса сцепления с соответствующим снижением корпусного шума двигателя, может являться (демпфер) в свою очередь непосредственным интенсивным источником шумового излучения. Действительно, как это отмечено в названных работах, дисковая часть и венец демпфера, совершают интенсивные изгибные колебания относительно ступицы и являются по сути излучателями звука типа вибрирующей диафрагмы громкоговорителя. Более того, вблизи расположенная тонкостенная крышка (кожух) привода газораспределительного механизма, или торцевая передняя стенка масляного поддона (см. вышеприведенные публикации), может существенно усиливать указанное излучение звука.

Следует отметить и то обстоятельство, что при работе демпфера происходит существенный нагрев и возможный перегрев резинового кольцевого элемента 4, что приводит к существенному изменению его упругожесткостных и демпфирующих свойств, частотной расстройке и снижает долговечность конструкции демпфера в целом, поскольку эффект демпфирования подразумевает именно преобразование вибрационной энергии, при деформациях резинового слоя внешней кольцевой массой демпфера, его ободом 3, совершающей крутильные виброперемещения в тепловую энергию материала упругого кольцевого элемента 4 (резину) с высоким внутренним трением (молекулярное трение).

Таким образом, с одной стороны необходимо избегать перегрева резины, за счет эффективного отвода избыточного тепла от нее, а с другой стороны - уменьшать подвод избыточного тепла от нагретой металлической ступицы 1 и носка коленчатого вала.

Именно пористая прессованная металлическая воздухопроницаемая структура дисковой части 2 ступицы 1 в предлагаемом демпфере позволяет частично решить обозначенные выше проблемы. Одновременно с этим, изгибные и осевые колебания коленчатого вала дополнительно демпфируются пористой вязкоупругой демпфирующей структурой дисковой части 2, за счет реализации микродеформаций структуры этого элемента (ПСМ) с высоким внутренним трением и рассеиванием механической энергии деформаций микроструктуры материала в преобразуемую тепловую энергию трения микрочастиц структуры дисковой части 2 ступицы 1.

Таким образом, эффективность предлагаемого демпфера обуславливается за счет введения в конструкцию слабоизлучающей высокодемпфирующей пористой металлической прессованной воздухопроницаемой структуры дисковой части ступицы.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к демпферам колебаний агрегатов ДВС, компрессоров и т.п. Демпфер содержит ступицу (1) с дисковой частью (2) и обод (3), между которыми размещен (привулканизирован) вязкоупругий демпфирующий кольцевой элемент (4). Отличительной особенностью демпфера является то, что дисковая часть (2) ступицы (1) выполнена из газопроницаемого, пористого, металлического прессованного материала, например пористого сетчатого материала. В основном конструкция предназначена для двигателей внутреннего сгорания. Технический результат - ослабление излучения звука элементами демпфера, упрощение и удешевление конструкции, повышение надежности и эффективности ее в работе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Демпфер колебаний, в частности коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, содержащий ступицу с дисковой частью и обод, между которыми размещен кольцевой элемент из вязкоупругого демпфирующего материала, отличающийся тем, что дисковая часть ступицы демпфера выполнена из металлического, пористого, газопроницаемого материала. 2. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что дисковая часть ступицы демпфера выполнена из пористого сетчатого материала.