一种扭转减振器及扭转减振器控制总成的制作方法

1.本发明涉及动力传动系统扭转减振技术领域，特别涉及一种扭转减振器及扭转减振器控制总成。


背景技术：

2.扭矩传动系统在多种机械中具有广泛的应用，其既是机械的动力来源，亦是机械振动的主要来源之一。
3.以车辆为例，随着扭矩传动系统功率密度的不断提高，外部激励和内部激励增强，扭矩传动系统发生振动疲劳损伤的概率增加，且系统长时间的宽频振动对乘员身体造成极大伤害，因此，消减扭矩传动系统的宽频振动成为各汽车厂商以及广大学者们研究的热点。
4.在车辆的扭矩传递系统中安装扭转减振器能够有效的消减扭转振动，现阶段使用的扭转减振器主要为离合器从动盘式扭转减振器、双质量飞轮扭转减振以及盖斯林格联轴器等，上述几种被动式扭转减振器虽然能够将扭矩传递系统的扭转振动进行部分消减，但需同时承担传递动力转矩和消减波动转矩的双重任务，传递大的动力转矩要求高的扭转刚度，消减波动转矩需要低的扭转刚度，两者之间存在不可调和的矛盾，导致被动式扭转减振器工作频带狭窄，难以实现扭矩传动系统宽频减振。
5.针对上述问题，半主动和主动式扭转减振器应运而生，主动式扭转减振器，所需主动控制力耗能较大，性价比不高。现有半主动式扭转减振器，虽然兼顾了主动和被动的优势，但其结构复杂，半主动控制所需液压元器件造价昂贵，不利于工程推广。
6.因此，开发新型半主动控制扭转减振技术，以便能够在达到理想减振效果的同时还能够简化机械结构，并降低生产成本是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种扭转减振器，以便能够在达到理想减振效果的同时还能够简化机械结构，降低生产成本。
8.本发明的另一目的还在于提供一种扭转减振器控制总成。
9.为了达到上述目的，本发明第一方面提供如下技术方案：
10.一种扭转减振器，包括主动盘、从动盘、隔振组件以及吸振组件，其中，
11.所述从动盘与所述主动盘同心设置，且所述主动盘和所述从动盘中的一者上开设有多个在圆周方向上分布的长圆孔，另外一者上开设有与所述长圆孔对应的通孔，穿过所述通孔和所述长圆孔的连接件将所述主动盘和所述从动盘活动连接；
12.所述隔振组件设置在所述主动盘与所述从动盘之间，且在所述主动盘与所述从动盘产生相对转动时，所述隔振组件受压产生形变；
13.所述吸振组件至少包括一对固定设置在所述主动盘上的吸振单元，每一对所述吸振单元均关于所述主动盘的旋转中心呈中心对称形式布置，且任意一所述吸振单元中均具有磁流变弹性体，以及用于改变所述磁流变弹性体的扭转刚度的电磁线圈。
14.优选地，所述主动盘包括同心设置的外圈和内圈，且所述外圈和内圈之间通过至少一对肋板连为一体，任意一对所述肋板均关于所述主动盘的旋转中心呈中心对称形式布置，其中，所述长圆孔开设于所述肋板上。
15.优选地，所述从动盘包括对称布置在所述主动盘两侧的两个半体，两个所述半体通过所述连接件固连为一体。
16.优选地，所述内圈的圆周方向上开设有多个内圈安装槽，任意一所述内圈安装槽内均设置有所述隔振组件，其中，
17.所述隔振组件包括隔振弹簧和设置于所述隔振弹簧两端的端板，其中一个端板与所述内圈安装槽的一个周向端面相抵，另一个端板与所述内圈安装槽的另一个周向端面相抵；
18.所述半体上设置有与所述内圈安装槽一一对应的半体缓冲槽，所述端板延伸至所述半体缓冲槽内，以在所述从动盘与所述主动盘产生相对转动时通过所述半体缓冲槽的周向端面挤压所述端板。
19.优选地，还包括两个能够全部或部分覆盖所述半体缓冲槽的限位夹板，两个所述限位夹板分别对称扣设在两个所述半体上，以防止所述隔振组件由所述半体缓冲槽脱出。
20.优选的，任意一个所述半体与所述主动盘之间还设置有阻尼片。
21.优选的，任意一所述肋板均为扇形肋板，所述扇形肋板将所述外圈和所述内圈之间的区域分隔形成至少一对扇形嵌装槽，任意一所述扇形嵌装槽内均嵌装有一个所述吸振单元。
22.优选的，所述吸振单元包括：
23.扣合于所述内圈的外边缘上的弧形下磁轭；
24.靠近所述外圈的内边缘设置的弧形上磁轭；
25.沿所述内圈径向设置的两个磁流变弹性体；
26.缠绕于所述磁流变弹性体上的电磁线圈；
27.其中，所述弧形上磁轭、弧形下磁轭以及两个所述磁流变弹性体共同围合形成与所述扇形嵌装槽形状适配的扇形吸振单元。
28.优选的，所述吸振组件还包括与所述主动盘同心设置的环形连接夹板，所述环形连接夹板与每个所述吸振单元中的所述弧形上磁轭固定连接，以将全部所述吸振单元连为整体。
29.本发明中所公开的扭转减振器控制总成，包括控制器、加速度传感器、电源、导电滑环以及上述任意一项中所述的扭转减振器，所述主动盘与动力输入轴相连，其中，
30.所述加速度传感器设置在所述动力输入轴上，所述电源通过导电滑环与所述电磁线圈相连，所述控制器根据所述动力输入轴的加速度信号调节所述电源的输出电流，以使所述吸振单元的固有频率与所述动力输入轴的振动频率相等。
31.本发明中所公开的扭转减振器中，从动盘与主动盘之间通过长圆孔、通孔以及连接件活动连接，这使得从动盘相对于主动盘能够在一定角度范围内转动；而从动盘与主动盘之间设置有隔振组件，在从动盘与主动盘产生相对转动时，隔振组件受压产生形变，从而在传递扭矩的同时还能够消减主动盘的扭转振动；
32.与此同时，吸振组件中的电磁线圈还能够对磁流变弹性体的扭转刚度进行调节，
以使整个吸振单元的固有频率与主动盘的振动频率相等，从而使吸振单元产生共振，达到吸收振动的效果。
33.吸振组件的应用能够消减吸收主动盘关键频段的振动，从而解决目前被动扭转减振器工作频带窄和工作原理单一的缺点；并且该扭转减振器中所包含的构件结构简单、安装方便，生产成本低，适合进行工程推广。
34.本发明中所公开的扭转减振器控制总成，由于包含上述扭转减振器，因而其兼具上述扭转减振器相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明实施例中所公开的扭转减振器的整体结构示意图；
37.图2为本发明实施例中所公开的扭转减振器中的主动盘与从动盘的爆炸结构示意图；
38.图3为本发明实施例中所公开的吸振单元的结构示意图；
39.图4为本发明实施例中所公开的扭转减振器控制总成的原理示意图；
40.图5为本发明实施例中所公开的扭转减振器的模型化示意图。
41.其中，1为主动盘，2为从动盘，3为隔振组件，4为吸振组件，5为限位夹板，6为环形连接夹板，11为外圈，12为内圈，13为肋板，14为扇形嵌装槽，21为半体，41为弧形下磁轭，42为弧形上磁轭，43为磁流变弹性体，44为电磁线圈，121为内圈安装槽，131为长圆孔，211为半体缓冲槽，411为扣装槽，441为导电滑环，442为电源，443为控制器，444为加速度传感器，445为动力输入轴。
具体实施方式
42.本发明的核心之一在于提供一种扭转减振器，以便能够在达到理想减振效果的同时还能够简化机械结构，降低生产成本。
43.本发明的另一核心在于提供一种扭转减振器控制总成。
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.本发明实施例中所公开的扭转减振器，包括主动盘1、从动盘2、隔振组件3以及吸振组件4，如图1和图2中所示，从动盘2与主动盘1同心设置，主动盘1和从动盘2中的一者上开设有多个在圆周方向上分布的长圆孔131，另外一者上开设有与长圆孔131对应的通孔，穿过通孔和长圆孔131的连接件(例如连接螺栓)将主动盘1和从动盘2活动连接；
46.隔振组件3设置在主动盘1与从动盘2之间，并且在主动盘1和从动盘2产生相对转动时，隔振组件3受压产生变形，以便形成对振动的隔离缓冲；
47.吸振组件4至少包括一对固定设置在主动盘1上的吸振单元，为了保证转动平衡，每一对吸振单元均关于主动盘1的旋转中心呈中心对称的形式布置，并且任意一吸振单元中均具有磁流变弹性体43以及电磁线圈44，电磁线圈44的作用在于改变磁流变弹性体43的扭转刚度，以使整个吸振组件4的固有频率与主动盘1的激励振动的频率相匹配，进而使吸振组件4产生共振实现对主动盘1扭转振动的吸收。
48.由此可见，上述实施例中所公开的扭转减振器中，从动盘2与主动盘1之间通过长圆孔131、通孔以及连接件活动连接，这使得从动盘2相对于主动盘1能够在一定角度范围内转动；而从动盘2与主动盘1之间设置有隔振组件3，在从动盘2与主动盘1产生相对转动时，隔振组件3受压产生形变，从而在传递扭矩的同时还能够消减主动盘1的扭转振动；
49.与此同时，吸振组件4中的电磁线圈44还能够对磁流变弹性体43的扭转刚度进行调节，以使整个吸振单元的固有频率与主动盘1的振动频率相等，从而使吸振单元产生共振，达到吸收振动的效果。
50.吸振组件4的应用能够消减吸收主动盘1关键频段的振动，从而解决目前被动扭转减振器工作频带窄和工作原理单一的缺点；并且该扭转减振器中所包含的构件结构简单、安装方便，生产成本低，适合进行工程推广。
51.本领域技术人员能够理解的是，长圆孔131在主动盘1上的开设位置不受影响，只要主动盘1上的多个长圆孔131与从动盘2上对应的通孔能够通过连接件活动连接即可；请参考图2，在本实施例中，主动盘1包括同心设置的外圈11和内圈12，并且外圈11和内圈12之间通过至少一对肋板13连为一体，为了保证转动平衡，任意一对肋板13均关于主动盘1的旋转中心呈中心对称形式布置，长圆孔131具体开设在肋板13上，图2中所展示的方案中，肋板13具体设置有四个，每一个肋板13上均开设有一个长圆孔131。
52.从动盘2的具体结构形式也不受限制，在本实施例中，从动盘2具体包括对称布置在主动盘1两侧的两个半体21，如图2中所示，这两个半体21通过穿过长圆孔131上述连接件固定连为一体。
53.隔振组件3的具体安装方式也可以有多种选择，例如隔振组件3可以为扭簧，扭簧的一端与主动盘1相抵，另一端与从动盘2相抵，当主动盘1与从动盘2产生相对转动时，扭簧起到缓冲振动的作用；
54.当然，隔振组件3也可以采用螺旋弹簧，请参考图2，在本实施例中，内圈12的圆周方向上开设有多个内圈安装槽121，考虑到转动平衡的要求，内圈安装槽121也应当关于内圈12的转动中心呈中心对称的形式布置，并且任意一内圈安装槽121内均设置有上述隔振组件3，隔振组件3具体包括隔振弹簧和设置在隔振弹簧两端的端板，其中一个端板与内圈安装槽121的一个周向端面相抵，另外一个端板与内圈安装槽121的另一个周向端面相抵；
55.半体21上设置有与内圈安装槽121一一对应的半体缓冲槽211，端板延伸至与内圈安装槽121对应的半体缓冲槽211内，在从动盘2与主动盘1产生相对转动时，半体缓冲槽211的周向端面能够挤压端板，从而使弹簧压缩实现对扭转振动的缓冲。
56.需要进行说明的是，所谓内圈安装槽121的周向端板就是指内圈安装槽121在圆周方向上的端面，进一步结合附图2进行理解，本领域技术人员能够得知，在圆周方向上，内圈安装槽121显然应当具有两个周向端面；相应的，半体缓冲槽211的周向端面就是指半体缓冲槽211在圆周方向上的端面。
57.更进一步的，请参考图1，该扭转减振器还包括两个限位夹板5，每一个限位夹板5均能够全部或者部分覆盖半体缓冲槽211，这两个限位夹板5分别对称扣设在两个半体21上，以防止隔振组件3由半体缓冲槽211中脱出，限位夹板5可通过螺栓安装在半体21上。
58.为了能够有效传递扭矩，本实施例中所公开的扭转减振器中，任意一个半体21与主动盘1之间还设置有阻尼片，阻尼片能够有效增大主动盘1和从动盘2之间的阻尼，以保证主动盘1的扭矩被有效输出。
59.不难理解的是，肋板13的具体形状不受限制，在本实施例中，肋板13具体被设计为扇形肋板，如图2中所示，扇形肋板将外圈11和内圈12之间的区域分隔形成至少一对扇形嵌装槽14，并且每一个扇形嵌装槽14内均嵌装有一个吸振单元。
60.需要进行说明的是，本发明中的扇形肋板中的“扇形”一词不应当理解为严格数学意义上的扇形，而是由两条同心的圆弧以及两条过圆心的径向线段所围成的图形，该图形类似于扇子的扇面，因此在本发明实施例中称为扇形肋板，同理，扇形嵌装槽14中的“扇形”一词也应据此进行理解。
61.如图3中所示，吸振单元具体包括弧形下磁轭41、弧形上磁轭42、磁流变弹性体43以及电磁线圈44，弧形下磁轭41、弧形上磁轭42以及磁流变弹性体43形成一个完成的磁回路，具体的，弧形下磁轭41上设置有一个与内圈12的边缘厚度适配的扣装槽411，弧形下磁轭41通过该扣装槽411扣合在内圈12的外边缘上，当然，弧形下磁轭41与内圈12之间应当设置阻磁片，弧形上磁轭42靠近外圈11的内边缘设置，每一个吸振单元中保留两个磁流变弹性体43，两个磁流变弹性体43沿内圈12的径向设置，每个磁流变弹性体43上均设置有一个电磁线圈44，弧形上磁轭42、弧形下磁轭41以及两个所述磁流变弹性体43共同围合形成与所述扇形嵌装槽14形状适配的扇形吸振单元。
62.进一步的，吸振组件4还包括环形连接夹板6，如图1中所示，环形连接夹板6与内圈12和外圈11均同心设置，环形连接夹板6与每个吸振单元中的弧形上磁轭42固定连接，以便将全部的吸振单元连接称为一个环状整体。
63.图1中所展示的方案中的吸振单元具体包括四个，环形连接夹板6将四个吸振单元连接形成一个环状整体；从动力学角度而言，每一个吸振单元均为一个等效的转动惯量；从磁场角度而言，四个扇形吸振单元是相互独立的，不发生磁路耦合。
64.除此之外，本发明实施例中还公开了一种扭转减振器控制总成，其包括控制器443、加速度传感器444、电源442、导电滑环441以及上述任意一实施例中所公开的扭转减振器，如图4中所示，主动盘1与动力输入轴445相连，加速度传感器444设置在动力输入轴445上，电源442通过导电滑环441与电磁线圈44相连，控制器443根据动力输入轴445的加速度信号调节电源442的输出电流，以使磁流变弹性体43的扭转刚度发生变化，从而使吸振单元的固有频率与动力输入轴445的振动频率相等，吸振单元产生共振，将动力输入轴445的激励振动吸收。
65.本发明中所公开的扭转减振器的工作过程大致为：当扭转减振器开始工作时，主动盘1会相对于从动盘2有扭转角度，隔振组件3产生压缩变形，带动从动盘2转动，传递扭矩，该过程的隔振组件3和阻尼片可起到隔振器作用。同时，加速度传感器444采集动力输入轴445转动的加速度信号，传入控制器443，控制器443计算最佳电流并控制电源442以最佳电流输出，通过导电滑环441进入吸振单元的电磁线圈44中，调节磁流变弹性体43的刚度，
使吸振组件4的固有频率跟随外部激励频率变化，从而使吸振单元产生共振，消减主动盘1上的波动转矩，起到吸振作用。随着载荷的增加，隔振部分的弹簧压缩达到平衡，吸振单元的固有频率由控制器443调节跟随新的激励信号频率，消减较大转矩时系统的扭转振动。
66.其基本原理请参考图5，图5中展示的扭矩隔振器的模型化示意图中主要包括隔振和吸振两部分，其中，打斜线的部分为隔振部分，除主动端、从动端以及隔振部分之外的剩余部位为吸振部分，隔振部分利用扭转刚度和阻尼消减动力源主要扭转振动，吸振部分利用可变扭转刚度调节吸振部分的固有频率，使吸振部分的固有频率跟随外部激励主导频率，达到吸收主振动能量的目的。
67.j1和j2分别为系统主动和从动端的惯量，j
d1
和j
d2
分别为隔振部分主动和从动端的惯量，j
a
为吸振部分的动惯量；θ1和θ2分别为系统主动和从动端角位移；θ
a
为吸振部分动惯量角位移；k
d
和k
a
分别为隔振部分和吸振部分的扭转刚度，c
d
和c
a
分别为隔振和吸振部分的扭转阻尼，t代表主动端的转动周期，其与激励频率ω具有确定的换算关系。
68.吸振部分，即利用弹性和阻尼元件改变系统的固有频率和振动幅值，消减振动源对扭转减振器的激励，以主、从动端的角位移动力放大系数来描述其隔振性能：
[0069][0070]
其中，ζ为阻尼比，λ为频率比，λ＝ω/ω
n
，ω为主动盘的激励频率，ω
n
为系统的固有频率，固有频率与扭转减振器的主、从动端的惯量和扭转刚度有关。综合分析隔振部分的结构性能参数对隔振性能的影响规律，优化匹配隔振部分的扭转刚度k
d
和主、从动端的惯量j
d1
、j
d2
，使扭转减振器的频率比为改善扭转减振器阻尼比ζ，提升隔振部分的减振性能。
[0071]
吸振部分，属于附加的特殊装置，依靠它与主系统间的作用力吸收振动的动能，降低主系统的振动强度。欲使主系统的振动减小θ1＝0，必须满足：
[0072]
(jωc
a
+k
a-j
a
ω2)θ
a
＝0
ꢀꢀꢀ
(2)
[0073]
其中，θ1、θ
a
分别为θ1，θ
a
的傅里叶变换；根据式(2)，忽略吸振器的阻尼c
a
＝0，得到吸振部分的动力调谐条件，即吸振部分固有频率等于外界激励的频率综合分析吸振部分的结构性能参数对吸振性能的影响规律，优化匹配其动转动惯量j
a
和扭转阻尼c
a
，基于磁流变弹性体变刚度特性，综合分析磁场叠加效应，设计磁路模型，配置吸振部分等效扭转刚度k
a
。利用电磁场控制吸振部分的可变扭转刚度k
a
，使其固有频率ω
a
跟随外部激励主导频率ω、动惯量j
a
发生共振，吸收主系统(即包括扭转减振器在内的扭矩传动系统)的振动能量。
[0074]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0075]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。