扭转减振结构和扭转减振器的制作方法

本实用新型涉及发动机领域，尤其涉及一种扭转减振器。

背景技术：

扭转减振器是在两个传递扭矩的零件之间，通过弹性元件来传递扭矩，使得不同的扭矩载荷下，两零件产生不同的扭转角，扭矩值与扭转角的比值称为扭转刚度，能够降低系统的固有频率；同时，常在发生扭转的两个零件之间加入阻尼来消耗振动的能量，降低振幅。

离合器从动盘式扭转减振器结构中,周向布置的减振弹簧位置半径较小,能布下的弹簧数量少，而要传递较大扭矩时弹簧的刚度不能太小，使得扭转刚度无法降到比较低的值来降低扭转系统的固有频率；同时弹簧受到离心力以及弹簧与弹簧窗口无润滑的接触和摩擦，尤其是在振动比较严重的柴油机应用上，弹簧窗口和弹簧会有较大的磨损，影响了扭转减振器的寿命。另外该减振器大多使用固定值的摩擦式阻尼，使得在传递扭矩比阻尼小的时候无法利用弹簧来减振，减振效果差。

双质量飞轮减振器，以最常用的长弧形螺旋弹簧双质量飞轮减振器为例，能够降低减振刚度，同时内部的润滑脂能形成阻尼作用。但是弹簧分布的直径大使得离心力大，再加上弹簧压缩的行程大，虽有润滑，弹簧仍然会磨损，同时结构复杂，加工精度要求高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的主要技术问题是提供一种扭转减振结构和扭转减振器，结构简单，零件数量少，可靠性和寿命都很高。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种扭转减振结构，包括：利用螺旋副配合的主从动零件，以及设置在所述主从动零件之间的弹性元件；所述主从动零件相对转动时产生的轴向位移使得轴向弹性元件沿着轴向发生形变；利用与弹性元件压力成正比的螺旋副压力的周向分力来传递扭矩并进行扭转减振。

本实用新型提供了一种扭转减振器，包括：摩擦盘、盘毂、外盘、壳、压盘和蝶形弹簧；

所述壳与摩擦盘相向同轴放置，并固定连接后在二者之间形成一空腔，所述盘毂、压盘和蝶形弹簧沿着轴向放置在所述空腔内；所述蝶形弹簧受到挤压产生的形变方向与所述轴向平行；所述蝶形弹簧为复数个，并沿着所述空腔的周向间隔放置；

所述盘毂和压盘相向的一面，分别设置有两个高平面和两个低平面，所述高平面和低平面之间间隔90°夹角放置，在高平面和低平面之间分别通过螺旋齿过渡连接，所述螺旋齿的螺旋面为正螺旋面；其中，第一高平面两侧的螺旋齿与第二高平面两侧的螺旋齿为对称螺旋齿；

所述盘毂具有一用于与部件轴传动连接的连接腔，所述连接腔与壳与摩擦盘同轴放置，并且其侧壁具有沿着周向设置的花键；

所述外盘与飞轮锁紧，盘毂通过花键与部件轴连接，从而通过扭转减振器实现发动机飞轮与部件轴之间双向扭矩传递并实现扭转减振。

在一较佳实施例中：所述正螺旋面是指：与盘毂轴线相交并垂直的母线匀速绕轴线旋转的同时，匀速沿轴线方向移动所扫描出来的曲面；

以轴线的某一半径的圆柱面与螺旋面的相贯线为一条固定螺旋角的螺旋线，定义为“半径螺旋角”；由几何关系可得：

半径螺旋角

a和r为变量；R2为曲面最大外径；A2为曲面最大外径的半径螺旋角；

当A2和R2为定值时，半径螺旋角随着半径的增大而增大；当母线沿轴线移动速度不变时，母线绕轴线旋转的速度越快则任意半径的半径螺旋角都将变大。

在一较佳实施例中：所述盘毂与压盘的螺旋齿的齿顶高都等于齿底高，使得二者嵌合；同时分度面上任意半径处的齿槽宽＝齿厚＝周长/4＝0.5×π×r。

在一较佳实施例中：所述壳与摩擦盘以及盘毂通过O型圈密封后内部充满润滑油或者润滑脂。

在一较佳实施例中：所述盘毂和压盘相向的一面，设置滑动摩擦-滚动摩擦变换装置；所述盘毂相对于压盘转动时，所述滑动摩擦-滚动摩擦变换装置将盘毂与压盘之间的滑动摩擦替换为滚动摩擦。

在一较佳实施例中：所述压盘和盘毂中的任意个，在侧壁沿着周向设置有第二花键，所述压盘或盘毂通过第二花键与所述壳连接。

本实用新型还提供了一种扭转减振器，包括螺母、壳、滚珠丝杆和弹性元件；

所述螺母与壳通过可沿轴向移动的花键连接，并将滚珠丝杆与轴进行花键连接并限制其轴向自由度，同时在螺母与壳之间布置可沿轴向发生形变的弹性元件；加载扭矩后滚珠丝杆的旋转推动螺母沿壳轴向移动后压缩轴向弹性元件，当螺母受到的螺旋副的轴向分力与弹性元件轴向压力相等时，则与螺母受到的螺旋副的轴向分力成正比的螺旋副的周向分力所产生的扭矩的合力通过花键传递给壳，从而实现扭矩传递和扭转减振.

本实用新型还提供了一种扭转减振器，包括螺母、壳、丝杆和弹性元件；

所述螺母与壳通过可沿轴向移动的花键连接，并将丝杆与轴进行花键连接并限制其轴向自由度，同时在螺母与壳之间布置可沿轴向发生形变的弹性元件；加载扭矩后丝杆的旋转推动螺母沿壳轴向移动后压缩轴向弹性元件，当螺母受到的螺旋副的轴向分力与弹性元件轴向压力相等时，则与螺母受到的螺旋副的轴向分力成正比的螺旋副的周向分力所产生的扭矩的合力通过花键传递给壳，从而实现扭矩传递和扭转减振。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：

1.本实用新型提供的一种扭转减振结构和扭转减振器，利用轴向放置的蝶形弹簧进行减振，可以使得轴向尺寸也紧凑的情况下就能得到低的扭转刚度和较大的底部扭矩；同时避免离心力引起弹簧与弹簧支承零件的磨损。

2.本实用新型提供的一种扭转减振结构和扭转减振器，同时具有变化的摩擦阻尼和液力阻尼。摩擦阻尼针对扭矩大小而变化，液力阻尼针对振动频率而变化，联合作用将对各频率下不同扭矩大小的扭矩振动都能起到比较好的减振效果。

3.本实用新型提供的一种扭转减振结构和扭转减振器，各运动零件的接触和配合基本都为面接触，并可利用润滑油或润滑脂进行润滑，大大提高了产品的寿命。

4.本实用新型提供的一种扭转减振结构和扭转减振器，因盘毂靠部件轴作为支撑，当轴与减振器同心度较差时，因压盘可沿轴向移动作出让位，不会有强制变形力产生，接触面虽会不良，但磨合后仍然可以较好的工作。所以有较好的同心度适应能力。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中扭转减振器的俯视图；

图2为本实用新型优选实施例中扭转减振器的剖视图；

图3为本实用新型优选实施例中扭转减振器的使用示意图；

图4为本实用新型优选实施例中盘毂的立体图；

图5为本实用新型优选实施例中压盘的立体图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

一种扭转减振结构，包括：利用螺旋副配合的主从动零件，以及设置在所述主从动零件之间的弹性元件；所述主从动零件相对转动时产生的轴向位移使得轴向弹性元件沿着轴向发生形变；利用与弹性元件压力成正比的螺旋副压力的周向分力来传递扭矩并进行扭转减振。

一种使用上述结构的扭转减振器，包括：摩擦盘1、盘毂2、外盘3、壳4、压盘5和蝶形弹簧6；

所述壳4与摩擦盘1相向同轴放置，并固定连接后在二者之间形成一空腔，所述盘毂2、压盘5和蝶形弹簧6沿着轴向放置在所述空腔内；所述蝶形弹簧6受到挤压产生的形变方向与所述轴向平行；所述蝶形弹簧6为复数个，并沿着所述空腔的周向间隔放置；所述壳4与摩擦盘1以及盘毂2通过O型圈密封后内部充满润滑油或者润滑脂。

所述盘毂2和压盘5相向的一面，分别设置有两个高平面和两个低平面，所述高平面和低平面之间间隔90°夹角放置，在高平面和低平面之间分别通过螺旋齿过渡连接，所述螺旋齿的螺旋面为正螺旋面；所述正螺旋面是指：与盘毂2轴线相交并垂直的母线匀速绕轴线旋转的同时，匀速沿轴线方向移动所扫描出来的曲面；以轴线的某一半径的圆柱面与螺旋面的相贯线为一条固定螺旋角的螺旋线，定义为“半径螺旋角”；由几何关系可得：

半径螺旋角

a和r为变量；R2为曲面最大外径；A2为曲面最大外径的半径螺旋角；

当A2和R2为定值时，半径螺旋角随着半径的增大而增大；当母线沿轴线移动速度不变时，母线绕轴线旋转的速度越快则任意半径的半径螺旋角都将变大。当母线沿轴线的移动速度不变时，母线绕轴线旋转的速度越快则任意半径的半径螺旋角都将变大。为了实现正向和反向负载的扭转刚度特性相同，图5中压盘5的正向加载作用面(曲面1与曲面3)同反向加载的作用面(曲面2与曲面4)任意半径处的半径螺旋角都相同，或者说压盘5的螺旋齿为对称螺旋齿。也就是说，第一高平面两侧的螺旋齿与第二高平面两侧的螺旋齿为对称螺旋齿。

所述盘毂2具有一用于与部件轴传动连接的连接腔，所述连接腔与壳4与摩擦盘1同轴放置，并且其侧壁具有沿着周向设置的花键；所述外盘3与飞轮锁紧，盘毂2通过花键与部件轴连接，从而通过扭转减振器实现发动机飞轮与部件轴之间双向扭矩传递并实现扭转减振。

所述盘毂2与压盘5的螺旋齿的齿顶高都等于齿底高，使得二者嵌合；同时分度面上任意半径处的齿槽宽＝齿厚＝周长/4＝0.5×π×r。

为了最大化的利用空间并平衡盘毂与压盘的强度，盘毂与压盘的齿顶高都等于齿底高，并且二者齿高相同，同时分度面上任意半径处的齿槽宽＝齿厚＝周长/4＝0.5×π×r

以下方程为压盘5的螺旋面方程，盘毂2类似，推导过程略。

z＝2×B×t-B

备注：r变量的范围：从曲面最小直径R1到最大直径R2；t变量的范围：0到1；B为齿顶高；C为齿数。

为了更好的明确该减振器工作的原理，先假设各零件的摩擦力为零。当扭转减振器加载扭矩时，会使盘毂2与压盘5、摩擦盘1、外盘3以及壳4等发生相对转动的趋势，而压盘5与壳4为移动式花键连接，因为盘毂2与压盘5是螺旋副配合，盘毂2与压盘5旋转的趋势会使压盘5向右沿着轴向移动，进而压缩蝶形弹簧6。当盘毂2的螺旋面施加在压盘5的螺旋面的分布压力的轴向分力的合力等于蝶形弹簧6对压盘5的轴向力时将达到平衡状态。而此时盘毂2螺旋面施加在压盘5螺旋面的分布压力的周向分力所产生的扭矩的合力通过花键传递给壳和外盘3，其大小即为传递的扭矩值。由正螺旋面的形成机理可得，螺旋面在运动过程中接触面积虽然在减小但始终为面接触，使得螺旋面的磨损寿命很高。并且，正向和反向加载扭矩时，压盘都是向右移动，提高了空间利用率。

现假设螺旋面上的压力分布均匀，设压强为P，则对螺旋面的面积沿半径方向进行微分，分别对微分面积的轴向分力和周向分力产生的扭矩进行积分后以压盘为对象列平衡方程。

由半径螺旋角得

设盘毂与压盘相对转角为θ，压盘移动距离为S，并假设蝶形弹簧的刚度为线性的且等于K。

由蝶形弹簧刚度为线性的得，

F＝K×S

由螺旋面形成机理得，

扭转刚度

扭矩容量

由上式可看出，当最大外径R2为定值时，旋转刚度与蝶形弹簧6的刚度成正比，与tan²A2成反比。当蝶形弹簧6被压平时的加载扭矩Tmax为底部扭矩，即使扭矩继续加大，盘毂2与压盘8的相对转角不会继续加大，此时能传递扭矩但无法进行扭转减振。因为利用了轴向弹性元件来减振，再加上蝶形弹簧6的紧凑性，能用较小的整体尺寸使扭转刚度很小并拥有较大的底部扭矩。

实际上，盘毂2与压盘5的螺旋面以及盘毂2与摩擦盘1压紧面以及压盘与壳4的移动花键接触面在加载过程是有摩擦力的，蝶形弹簧的摩擦力因位移量很小可以忽略不计。结论是：1、加载扭矩与蝶形弹簧6的轴向压力仍然成正比，所以当蝶形弹簧6刚度为定值时扭转刚度仍然为恒定值，但相对于不考虑摩擦所计算的扭转刚度会有少量增加；2、在盘毂2与压盘5发生微小相对转动的过程中，各相对运动的接触面的摩擦力所做的功的总和除以相对扭转角后与加载扭矩成正比，及摩擦力所产生的阻尼是变化的且始终与加载扭矩成正比。

适当的阻尼对削减振动幅值是有利的，并且因为阻尼始终与加载扭矩成正比，这将更加利于不同加载扭矩下的扭转减振。

在加载扭矩时，盘毂2与压盘5会发生相对转动，压盘5与壳4也会有相对移动。当内部充满润滑油或润滑脂时，无论是正向的加载扭矩还是反向的加载扭矩，必将引起润滑油或润滑脂从压盘5右腔向压盘5左腔移动。而当加载的扭矩有波动时，压盘5的左右移动将使润滑油或润滑脂在压盘5右腔和压盘6左腔之间来回流动。阻尼的大小由移动的速度、左右腔之间的油道大小以及润滑油或润滑脂的粘度决定，当油道大小和润滑油或润滑脂确定后，振动的频率越大则润滑油或润滑脂产生的液力阻尼越大。

合适的参数选择将扭转刚度降到比较低的值同时将阻尼值纳入考量。用低的扭转刚度来降低固有频率，同时摩擦阻尼针对扭矩大小而变化，液力阻尼针对振动频率而变化，联合作用将对各频率下不同大小加载扭矩的扭转振动都能起到比较好的减振效果。

另外，如果想要变扭转刚度特性的减振特性，可以使用非恒定刚度的蝶形弹簧6，或者多种直径和高度不同的蝶形弹簧6组合使用，当压盘5压到第一个蝶形弹簧6的行程与压到第二个蝶形弹簧6的行程不一样时，多级蝶形弹簧6以此类推，就会产生梯度性的扭转刚度。当然，使用螺旋弹簧作为弹性元件也是可行的，轴心布置，排列式布置，不同规格组合布置都很灵活。如果想要正反向加载的扭转刚度不同，则可以将压盘和盘毂的端面螺旋面设计成非对称的，及正向加载和反向加载的螺旋面的各半径处的半径螺旋角不同。

本实施例中，还可以有以下优选设置：所述盘毂2和压盘5相向的一面，设置滑动摩擦-滚动摩擦变换装置；所述盘毂2相对于压盘5转动时，所述滑动摩擦-滚动摩擦变换装置将盘毂2与压盘5之间的滑动摩擦替换为滚动摩擦。所述滑动摩擦-滚动摩擦变换装置可以为轴承，也可以为滚珠和保持架。

所述压盘5和盘毂2中的任意个，在侧壁沿着周向设置有第二花键，所述压盘5或盘毂2通过第二花键与所述壳4连接。

实施例2

本实施例提供了一种扭转减振器，包括螺母、壳、滚珠丝杆和弹性元件；

所述螺母与壳通过可沿轴向移动的花键连接，并将滚珠丝杆与轴进行花键连接并限制其轴向自由度，同时在螺母与壳之间布置可沿轴向发生形变的弹性元件；加载扭矩后滚珠丝杆的旋转推动螺母沿壳轴向移动后压缩轴向弹性元件，当螺母受到的螺旋副的轴向分力与弹性元件轴向压力相等时，则与螺母受到的螺旋副的轴向分力成正比的螺旋副的周向分力所产生的扭矩的合力通过花键传递给壳，从而实现扭矩传递和扭转减振。

实施例3

本实用新型还提供了一种扭转减振器，包括螺母、壳、丝杆和弹性元件；

所述螺母与壳通过可沿轴向移动的花键连接，并将丝杆与轴进行花键连接并限制其轴向自由度，同时在螺母与壳之间布置可沿轴向发生形变的弹性元件；加载扭矩后丝杆的旋转推动螺母沿壳轴向移动后压缩轴向弹性元件，当螺母受到的螺旋副的轴向分力与弹性元件轴向压力相等时，则与螺母受到的螺旋副的轴向分力成正比的螺旋副的周向分力所产生的扭矩的合力通过花键传递给壳，从而实现扭矩传递和扭转减振。

以上所述，只是用图解说明本实用新型的一些原理，本说明书并非是要将本实用新型局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。