专利名称：扭转振动减振器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种消除旋转轴系振动的装置，特别涉及一种扭转振动减振器。
背景技术：
在各旋转轴系中，经常用到一种调整轴系扭转振动频率或利用阻尼因素耗散轴系的激励能量或兼有调频与阻尼两种作用的减振装置，在实际应用中常见的有汽车发动机曲轴用阻尼型扭振减振器。例如，汽车发动机曲轴是车体产生振动的主要内在来源，设置一个减振器来减轻汽车发动机本身的振动，不失为一种有效的主动减振措施。此类减振器的工作原理是减振器壳体与曲轴连接，减振器壳体将扭转振动惯性质量传递给壳体内基本处于悬浮状态的惯性体以及两者之间的阻尼物质上。发动机工作时，减振器壳体与曲轴一起振动，由于惯性质量滞后于减振器壳体，因而在惯性体和壳体之间产生相对运动，使阻尼物质来回揉搓，振动能量被阻尼物质的内摩擦阻尼吸收，从而使曲轴的扭振得以消减。现有技术中的减振器通常具有由钢板压铸而成的壳体，该壳体可与曲轴连接，有一侧盖与减振器壳体组成封闭腔，其内装着扭转振动惯性质量体。惯性质量体与封闭腔之间留有一定的间隙，里面充满高粘度阻尼物，例如硅油。当发动机工作时，减振器壳体与曲轴一起旋转、一起振动。由于惯性质量相当大，于是在惯性体与减振器壳体间产生相对运动。曲轴的振动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收，使扭振消除或减轻。这种硅油扭转减振器减振效果好，性能稳定，工作可靠，结构简单，维修方便，所以在汽车发动机上的应用日益普遍。但是，上述的硅油减振器也存在一些不足，具体来说，对减振装置的设计主要在于确定减振装置的三个主要参数，分别是转动惯量、刚度以及阻尼。上述三项中任一参数的改变均会改变曲轴的扭振特性，因此对减振装置的设计本质上是选定最佳的参数。由于在设计减振装置时，转动惯量一般已经确定，而阻尼对扭振的影响通常小于刚度对扭振的影响， 因此在设计中，主要是对刚度进行选取。然而传统压铸成型的壳体刚性较差，铸造点之间容易存在拐角气孔、缩孔、砂眼等肉眼看不见的瑕疵，如图1所示，产生这些铸件缺陷1后，将会减小其有效承载面积，且在气孔周围会引起应力集中而降低铸件的抗冲击性和抗疲劳性。缺陷还会降低铸件的致密性，致使铸件报废。另外，缺陷对铸件的耐腐蚀性和耐热性也有不良的影响。具有上述缺陷的铸件虽然看似获得了完整的外形，但内部留有未完全充盈的若干狭小空间， 使铸件的力学性能严重受损。后果是，导致减振器平衡性不好，缩短使用寿命，甚至发生曲轴断裂的危险事故。铸件缺陷的控制手段也相当繁琐，可以参见2009年4月1日化学工业出版社出版的《铸造工艺设计及铸件缺陷控制》(作者李晨希ISBN =9787122045249)和2011年1月机械工业出版社出版的《铸件内在缺陷分析与防止》(作者黄志光ISBN :978-7-111-32508-6)。 同时，由于铸造效率较低，以及铸造模次不同导致的铸件密度存有差异，所以减振器的质量控制实在难以保障。 发明内容本实用新型的目的在于提供一种刚性強，结构紧凑，加工效率高，噪音低，减振性 能好的扭转振动减振器，以满足实际应用的需要。为实现本实用新型的目的，通过如下技术方案来实现一种扭转振动减振器，包括壳体、与所述壳体焊接密封的盖板、壳体与盖板围成的 容腔、位于容腔内的具有至少ー个环形凹槽的惯性体、充盈于所述容腔以及所述惯性体的 凹槽内的阻尼物、至少ー个位于所述惯性体与所述容腔之间的限位轴承以及用于安装所述 减振器的连接装置，其中所述壳体具有被称为第一端面的受カ端面和被称为第二端面的非 受カ端面，所述盖板与所述壳体的结合部位于所述第二端面，所述壳体是采用旋压整体成 形的一体化结构。优选地，所述壳体外周表面还设置有皮带轮槽。所述壳体可以采用铸铁、铝合金、镁合金或镁铝合金材料制成。为了获得更好的减 振性能以及降低噪音，优选地，采用镁合金材料制成。所述壳体的中央部设有贯穿于所述第一端面用于将扭转振动减振器安装在旋转 轴上的中央通孔。所述中央通孔周围还设置有供扭转振动减振器固定就位的若干通孔，或 者，所述中央通孔内部是螺纹结构，供扭转振动减振器固定就位。所述壳体的第一端面和/或第二端面外侧还设置有散热片。本实用新型的有益效果是，通过采用上述的技术方案提供了一种刚性強，结构紧 凑，加工效率高，噪音低，减振性能好的扭转振动减振器及其制造方法，由于壳体是采用旋 压成形技术整体制成的一体化结构，有效地避免了铸造缺陷的发生，提高了铸造效率和铸 件质量；同吋，将盖板与壳体的结合部设置在不受カ的第二端面，削弱了焊缝连接处因为承 受应カ导致的断裂风险，使得扭振减振器的整体强度更高；而且，在旋压エ艺过程中还在壳 体外壁一体化成型有皮带轮槽，减振器壳体兼作皮带轮，节约了空间，降低了成本。
图1是现有技术中减振器的铸造缺陷常见位置示意图图2是本实用新型的产品外观示意图图3是本实用新型的内部结构示意图图4是图3中A-A向剖面图图5是旋压加工前后壳体毛坯形状变化示意图图6是皮带轮槽常见形状示意图图7是皮带轮槽常见形状劈坯结构示意图图8是壳体外周旋压有皮带轮槽的减振器结构示意图图9是皮带轮和减振器分开安装的位置示意图图10是带有散热片的减振器结构示意图附图中各标号代表组件和零件名称如下1铸件缺陷[0029]2壳体[0030]3盖板[0031]4间隙[0032]5惯性体[0033]6环形凹槽[0034]7限位轴承[0035]8通孔[0036]9螺栓[0037]10底盘[0038]11中央通孔[0039]12预留孔[0040]13旋转轴[0041]14第一端面[0042]15第二端面[0043]16皮带轮[0044]17散热片
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。本实用新型提供一种扭转振动减振器，参照图2和图3，该减振器包括壳体2、与所述壳体2焊接密封的盖板3、壳体与盖板围成的容腔(未示出)、容腔内具有惯性体5、该惯性体一般来说是环形圆盘状的，与容腔具有大致相近的形状以使得该惯性体能够容置于所述容腔之内，该惯性体可由所需重量等级的各种材料制成例如金属，如钢、铁、合金钢、铝、 镁、青铜、铝合金、镁合金、铜-锌-铝系、铁-铬-钼系和锰-铜系合金、碳化钨等，再例如陶瓷材料，如氮化硅、碳化硅等陶瓷基复合材料，上述材料因其自身具备耐高温、耐磨损、高强度和刚度、抗腐蚀的特性，因此非常适合用作扭振减振器的惯性质量体，以此类推，具有这般特性的其他物质也可以作为扭振减振器的惯性体的选择。优选地，惯性体的物理特性如下抗拉强度6. 32Mpa，屈服强度5. 85Mpa，Icm延伸率1. 5% -1. 8%，弹性模量220640Mpa, 刚度115836Mpa，线性膨胀系数。C为0. 56*10-5，布氏硬度250Λ90。所述壳体2应当具备足够的强度，以防止壳体在旋转碰撞中发生变形，引起壳体与惯性体之间的间隙过小或卡死，导致减振器失效。一般情况下，惯性体的转动惯量占到整个扭转振动减振器转动惯量的60 %，该比值可以根据选用不同的材料而改变，例如当壳体采用钢制而惯性体采用重合金时，这个比值将增加到约75% ；当壳体采用轻质合金而惯性体用钢制时，这个比值可以增加到80% -90%。为了安全的承受因旋转而产生的圆周应力和径向应力，在实际设计中，通常壳体的厚度取惯性体直径的1/50到1/60 ；惯性体的内外直径比值范围为0. 2-0. 6 ；惯性体宽度与外直径比值范围为0. 3-0. 7。从设计更轻更有效的减振器这个思路出发，一个大直径的薄惯性圆环是一个较理想的选择，同时这样也有利于产品有个较大的公差范围，便于生产加工。扭转振动减振器在工作过程中，所述惯性体在容腔内基本处于悬浮状态，即是说，惯性体与壳体内壁存在一定的间隙4，如图3所示，所述惯性体5上具有环形凹槽6， 减振器各部间隙和阻尼物的粘度大小均对减振效果有影响，应按设计要求调整。减振器的惯性体与壳体内壁的轴向和径向间隙大小一般相等，最小0. 2mm、最大9. 8mm在实际工程中都曾成功应用过，优选地取值范围在0. 385mm-0. 761mm之间，更加优选地取值范围在 0. 5mm-0. 75mm之间。同时，经过实验还发现，惯性体环形凹槽6距壳体内壁的轴向和径向间隙尺寸对扭振减振器转动惯量的影响小于惯性体与壳体内壁的轴向和径向间隙尺寸对扭振减振器转动惯量的影响。充盈于所述容腔以及所述惯性体的环形凹槽6内的阻尼物，通常选用高粘度液体例如硅油、水银等，也可以选用固体半固体的黏性物质，例如橡胶。无论选用何种材质，应当关注阻尼物的密度、运动粘度、相对速度和温粘系数，计算得出较佳的阻尼值。优选地，选用具有较差润滑特性的粘性较大的流体例如硅油作为阻尼物。硅油是以三甲基硅氧基为端基的线形聚二甲基硅氧烷流体，具有优良的耐热、耐氧化、耐低温，可在-50°C到+180°C温度范围内长期使用，抗剪切性强，压缩性达到一般矿物油的20倍，是理想的液体弹簧。硅油的温粘系数低、低表面张力、良好的憎水性和润滑性，而且耐击穿电压高、耐电弧、介电耗小，对人体无毒害作用。在真空中，可在200°C以下长期使用。硅油的比重小于1，自燃点在480°C左右，硅油压缩性随粘度增大而变小。硅油的高黏度使得硅油减振器可以通过合理的油膜厚度及硅油黏度得到最佳的阻尼力矩，两种不同黏度的硅油混合后可以形成新的黏度的硅油。合适的硅油有效使用温度范围是-40°C到150°C，当温度过低时，硅油接近凝固点，容易造成硅油固化；当温度过高时，硅油的黏度将急剧下降，二者都将导致减振器失效。需要注意的是硅油在售规格中的名义运动粘度是在剪切率很低和25°C标准温度下测得的，实际实施中应当根据剪切系数和工作温度加以修正。所述惯性体5与所述壳体2之间设置有限位轴承7，可以选用特氟龙塑性材料制成，确保惯性体5在壳体2中可以自由转动而无明显的径向移动，轴承的数量可以是1个也可以是多个，优选地设置有2个，分别位于惯性体5与壳体内壁之间且靠近壳体内径的上下两端。所述壳体2具有被称为第一端面14的受力端面和被称为第二端面15的非受力端面，这里所述的受力指的是将扭振减振器固定于工作环境中的连接部件所直接承受并传导的扭转应力，所述盖板3与所述壳体2的结合部位于所述第二端面15，所以该结合部并非直接承受所述的扭转应力。之所以做此设计，是因为所述盖板3与所述壳体2的结合通常是采用焊接技术完成的，即是将热源轰击焊件接头处的金属，使其快速熔融，然后迅速冷却来达到焊接的目的。熔化焊的焊接接头一般会出现未熔合、咬边、焊缝下陷、气孔、裂纹等缺陷，致使焊件受力能力差。即使焊接过程缺陷忽略不计，也客观存在焊缝与壳体的受力、受热、受压程度不等的情况，特别是当扭振减振器工作时，随轴系运转的减振器承受巨大的旋转应力，对焊缝处的施力较大，因此本实用新型将所述盖板3与所述壳体2的结合部设置于所述第二端面15，避免所述盖板3与所述壳体2的结合部即焊缝处受力。所述壳体2采用旋压技术整体成型，制作步骤如下第一阶段，如图fe、5b、5c所示，首先用已知的技术制造一个圆形的板金属毛坯，经过计算，该毛坯的体积适于被加工成板厚为3mm-9mm的减振器壳体，这一过程称为制坯；然后把制作好的毛坯安装到旋压机的转动芯轴上，预热旋压机，使毛坯料预热到180°C 220°C，工作温度则保持在220°C 3000C ；根据减振器壳体尺寸的需要选择一个适当角度的劈开轮，劈开轮顶尖角度在30° 120°之间，用劈开轮将毛坯在厚度方向开成一定的角度，再用成型轮逐渐推进，旋压成形， 旋转芯轴转速设定值为350 IOOOr. mirT1，进给速度为100 300mm. mirT1旋压力为0. 8 75.2KN。第二阶段，如图8所示，在壳体外周表面旋压成型皮带轮槽，可以预见的形状如图 6a、6b、6c所示分别为塔型、V型和多楔带型，其相应的旋压皮带轮槽结构特点分别如图7a、 7b、7c所示，其旋压步骤依次是在第一阶段加工完成的壳体上用劈开轮初步劈开带轮的雏形，然后用成型轮推进旋压即可；第三阶段对上述旋压后的壳体用已知的技术进行表面处理。壳体外周表面也可以选择地不设置皮带轮槽，而是将皮带轮16额外的加以安装，如图 9所示，此种情况下，不需进行上述第二阶段的步骤。如图2和图4所示，盖板3上预留有注入阻尼物的预留孔12，当注入阻尼物后，将该预留孔12焊接密封。所述预留孔12有两个，一个是注入孔，另一个是排气孔，两个预留孔分布在沿壳体径向相对的两侧。所述壳体可以采用铸铁、铝合金、镁合金或镁铝合金材料制成。为了获得更好的减振性能以及降低噪音，本实用新型优选地，采用镁合金材料制成。减振器通过连接装置与旋转轴紧固连接，所述的连接装置是位于壳体2中央部的贯穿于所述第一端面14的中央通孔11。所述中央通孔11周围还可以设置有供扭转振动减振器固定就位的若干通孔8，螺栓9穿过通孔8将减振器壳体2与旋转轴13固定连接；又或者，所述的连接装置还可以是中央通孔11内部加工成螺纹结构，供扭转振动减振器固定就位，此种情况下，中央通孔11是减振器的底盘10上的唯一孔，相对于用螺栓9紧固的方案，这是一种更紧凑的设计，符合减振器安装空间狭小以及对零件数量有要求的设计需要。如图8所示，所述中央通孔11的直径越小，越有可能使扭转振动减振器获得更大的惯性体质量，从而体现出更大的优越性，与惯性体质量有关的设计因素还有壳体的壁厚， 经过计算，当壳体壁厚为惯性体圆环外直径的1Λ6 1/ 时，以及当中央通孔直径与壳体外周直径R的比例小于等于1 :4时，能获得最大体积的惯性质量体而且能够做到节省材料和转动惯量最优的平衡。更加优选的技术方案是，中央通孔直径< 30mm。在减振过程中减振器将振动能量转化成热能，为保证减振器正常工作，减振器尤其是内部阻尼物的温度不能过高，减振器温度超标通常只发生在高负荷高转速的工况下， 这个时候需要采取必要的措施对减振器进行冷却以防止减振器因温度过高而失效。如图10 所示，在所述壳体的第一端面和/或第二端面外侧设置散热片17，以增大减振器表面积，降低每单位面积的消耗功率。散热片的片型大致等于减振器的圆盘表面，可以根据消耗功率不同具体的设计散热片的不同齿形，根据实验结果，硅油减振器表面每平方米消耗功率小于6. 64千瓦时，工作状态下壳体温度不高于115°C，可以安全运转。本实用新型的原理和实施例已如前所述，然而本实用新型的保护范围并不只限于以上的具体实施例。本实用新型所示出的实施例只是示意性的而不是限制性的。其他人员可以在不脱离本实用新型的启示前提下进行变化和改动，以及采用与此等同的方法，所有的这些变化、改动和等同的方法均落在如本实用新型所限定的权利要求书范围之内。
权利要求1.一种扭转振动减振器，具备 壳体，与所述壳体焊接密封的盖板，壳体与盖板围成的容腔，位于容腔内的具有至少一个环形凹槽的惯性体，充盈于所述容腔以及所述惯性体的凹槽内的阻尼物，至少一个位于所述惯性体与所述容腔之间的限位轴承，用于安装所述减振器的连接装置，其特征在于，所述壳体具有被称为第一端面的受力端面和被称为第二端面的非受力端面，所述盖板与所述壳体的结合部位于所述第二端面，所述壳体采用旋压整体成形。
2.根据权利要求1所述的扭转振动减振器，其特征在于，所述壳体外周表面还设置有皮带轮槽。
3.根据权利要求2所述的扭转振动减振器，其特征在于，所述壳体采用镁合金材料制成。
4.根据权利要求3所述的扭转振动减振器，其特征在于，所述连接装置是位于壳体的中央部的贯穿于所述第一端面的用于将扭转振动减振器安装就位的中央通孔。
5.根据权利要求4所述的扭转振动减振器，其特征在于，所述中央通孔的直径不大于 30mmo
6.根据权利要求4所述的扭转振动减振器，其特征在于，所述中央通孔周围还设置有贯穿于所述第一端面的供扭转振动减振器固定就位的若干通孔。
7.根据权利要求4所述的扭转振动减振器，其特征在于，所述中央通孔内部是螺纹结构，供扭转振动减振器固定就位。
8.根据权利要求5、6、7任意一项所述的扭转振动减振器，其特征在于，所述壳体的第一端面和/或第二端面外侧还设置有散热片。
专利摘要本实用新型涉及一种扭转振动减振器，包括壳体、与所述壳体焊接密封的盖板、壳体与盖板围成的容腔、其特征在于，还包括位于容腔内的具有至少一个环形凹槽的惯性体、充盈于所述容腔以及所述惯性体的凹槽内的阻尼物和至少一个位于所述惯性体与所述容腔之间的限位轴承，其中所述壳体具有被称为第一端面的受力端面和被称为第二端面的非受力端面，所述盖板与所述壳体的结合部位于所述第二端面，所述壳体采用旋压整体成形。本实用新型结构简单，噪音低，减振性能好，减振器壳体兼作皮带轮，节约了空间，降低了成本，旋压成形的壳体强度高，减振效果好。
文档编号F16F15/173GK202182144SQ20112025520
公开日2012年4月4日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者张冰, 张永升 申请人:青岛地恩地材料科技有限公司