技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
离心力摆，特别是用于设置在
内燃机的
驱动轴上。
背景技术
[0002] 在四冲程
活塞式
发动机中，四个冲程(吸气、压缩、做功、排气)的周期性过程与各个
气缸的
点火顺序组合，导致
曲轴的和连接着的
飞轮的旋转不均匀性。驱动系由于在其内含有的惯性和刚性而是一种具有独特固有
频率的、能旋转振动的组织系统，所以，由发动机导入的旋转不均匀性必然导致旋转振动。必须在构造设计上降低这种旋转振动。
[0003] 发展具有较少数量气缸的发动机是大势所趋，并且降低转速
水平也在发动机研发人员当中引起关注。然而这样会导致更高的旋转不均匀性，该旋转不均匀性又需要新的减振设计方案。
[0004] 用于降低在转矩
载荷波动时的扭转振动的已知设备与行业相关联地(
汽车技术、航海技术、航空技术、机床等)以各种不同形式存在。建立在汽车技术中的用于降低扭转振动的设备例如是单惯量飞轮或者双惯量飞轮并且在此还有离心力摆，以及由各个设备构成的组合。然而已知的设备不能充分地满足在高和/或低频的
扭矩载荷时的现代工业的要求(例如运转平稳性)。
[0005] 在用于降低在扭矩载荷波动时的扭转振动的设备的动态设计中需要考虑稳定的运行状态，特别是做功机械(在负载下)在转速几乎恒定时的运行，同样需要考虑不稳定的运行状态，特别是做功机械(在负载下)的
加速或
制动。已知的离心力摆设备在稳定的运行状态方面具有缺点：作用效能相对于
轴承摩擦来说是敏感的，由限定的悬摆摆
角所限制并且为约束的几何关系所决定。已知的离心力摆设备在不稳定的运行状态方面具有缺点：最大的摆角在低摩擦的或者阻尼弱的设计中受附加措施的限制。能够使得悬摆
质量无冲击地制动的措施从声学观点出发是值得追求的。所建立的离心力摆系统对于这一点的实现并不充分。
发明内容
[0006] 本发明的目的是，更好地满足对降低在扭矩载荷波动时的扭转振动的现代工业的要求。特别是应该更好地解决低转速时的振动问题。
[0007] 这个目的通过具有如下所述特征的离心力摆得以实现。
[0008] 根据本发明的第一方面，所述离心摆特别是用于设置在内燃机的驱动轴上以及包括一个驱动环、一个
同步环和至少一个支承在驱动环上的摆体。该离心力摆的特征在于：相对于驱动环上的支承点发生同步环纯旋转的运动和摆体纯旋转的运动。
[0009] 根据本发明的第二方面，所述离心摆特别是用于设置在内燃机的驱动轴上以及包括一个能够抗扭地(drehfest，即二者不能相对转动)安装在驱动轴上的驱动环和一个相对于驱动环能够自由旋转的同步环。驱动环的旋
转轴线与同步环的
旋转轴线是一致的。另外，离心力摆包括至少一个可运动地支承在驱动环上的摆体。该摆体通过至少一个耦合元件在运动学上耦联于同步环，使得耦合元件在同步环相对于驱动环沿第一方向旋转时将摆体的
重心朝旋转轴线偏移。
[0010] 根据本发明的离心力摆以与迄今为止已知系统不相同的原理为
基础。被驱动的驱动环相对于本身能自由旋转的同步环的相对扭转导致摆体的重心向内偏移，但是该偏移可以重新得到离心力的(过度)补偿。如果多个摆体耦联于同步环的话，只须保证产生的摆体的总重心能够通过相对保证向内偏移并且通过离心力重新向外偏移。这个原理能够实现对扭转振动非常有效的和稳定的阻尼，特别是在低转速时。在此，同步环提供了一个附加的惰性质量，通过这种方式使总惯性发生迁移。如果设置有多个摆体的话，同步环另外还用来使所有摆体同步地、相同地运动。
[0011] 本发明可以跨行业地用于对波动的扭转转矩进行补偿。可以根据最大的扭转转矩峰值标定尺寸关系(例如摆体重心相对于旋转轴线的间距的增大/缩小和/或摆体质量的增大/减小)。根据本发明的离心力摆可以用作用于隔振的(schwingungsentkoppelnd)或者减振的系统的辅助附加措施。特别是可以安装在双惯量飞轮的次级侧上。一般而言，该离心力摆能够良好地整合到隔振的或者减振的系统中。
[0012] 为了确保摆体尽可能均匀地振动，耦合元件应该在摆体由于离心力作用而背离旋转轴线偏移时使同步环相对于驱动环沿与第一方向(＝上述的扭转方向，该扭转方向相对摆体的偏移已经往内部导引了)相反的方向旋转。
[0013] 原则上，摆体能够通过不同的方式可运动地支承在驱动体上。根据第一组优选的实施方式，摆体能够旋转地支承在驱动环上，其中，耦合元件仅仅允许摆体有限的旋转。在这个情况中，摆体实施受控的旋转振动。
[0014] 作为耦合元件可以使用
滚动体，特别是销栓，该滚动体可自由运动地置入同步环与摆体的空间限定的轮廓中。当驱动环与同步环彼此相对扭转时，轮廓与可以在所述轮廓上滚动的滚动体的相互配合能够实现摆体与同步环之间的(任意的)非线性运动。通过轮廓的外形构造可以实现离心力摆的等时曲线的协调一致(tautochrone Abstimmung)。
[0015] 根据本发明的离心力摆的第一优选构造，摆体伸入同步环的两个相互刚性连接的盘之间，其中，耦合元件从第一盘的轮廓穿过摆体的轮廓一直延伸到第二盘的一个轮廓中，第二盘的这一轮廓与第一盘的轮廓准确对置。
[0016] 根据一种可选的第二优选构造，同步环伸入摆体的两个相互刚性连接的半部之间，其中，耦合元件从第一摆体半部的轮廓穿过同步环的轮廓一直延伸到第二摆体半部的一个轮廓中，第二摆体半部的这一轮廓与第一摆体半部的轮廓准确对置。
[0017] 摆体在驱动环上的线性支承还实现了根据本发明的离心力摆的有益的构造，在所述支承中摆体可以平移移动，优选沿径向。
[0018] 这样，作为这个第二组优选实施方式的实例可以设置线或带作为耦合元件，摆体利用该耦合元件与同步环连接。于是特别是能够通过如下方式实现优选的运动，即同步环具有带有(可根据要求构造的)轮廓的外周，线或带在驱动环与同步环之间的相对扭转时紧贴在所述轮廓上。
[0019] 铰接机构也可以用作耦合元件，通过该铰接机构摆体与同步环连接。
[0020] 另一种构造设计规定：摆体通过如下方式耦联于同步环的外部段，即摆体悬挂到一个滚子中，该滚子能够在同步环的轮廓上滚动。
[0021] 同样，如在可旋转的支承中那样，也可以在摆体的线性支承中使用滚动体作为耦合元件，特别是销栓，该滚动体可自由运动地置入同步环与摆体的轮廓中。
[0022] 虽然针对根据本发明的离心力摆的基本作用原理仅仅需要一个摆体，但是也可以利用多个沿圆周方向分布地支承在驱动环上的摆体在
不平衡度较小的情况下实现较高的减振作用。于是，在同步环相对于驱动环沿第一方向旋转时所有摆体的总重心必须朝旋转轴线偏移。
[0023] 为了将驱动环耦联于驱动轴和/或为了将驱动环耦联于同步环和/或为了将摆体支承在驱动环上可以选择地(分别)设置有一个弹性元件。
附图说明
[0024] 本发明的其他特征和优点可由下文的说明和附图得出。在附图中示出：
[0025] 图1为根据本发明的离心力摆的第一实施方式的透视图；
[0026] 图2为图1中的离心力摆，没有同步环的盖，而具有缩小的第二盘；
[0027] 图3为一个多件式同步环的透视图；
[0028] 图4为摆体的透视图；
[0029] 图5为根据本发明的离心力摆的第二实施方式的透视图，该离心摆具有透明地示出的摆体；
[0030] 图6为根据本发明的离心力摆的第三实施方式的示意性俯视图；
[0031] 图7为根据本发明的离心力摆的第四实施方式的局部的示意性俯视图；
[0032] 图8为根据本发明的离心力摆的第五实施方式的局部的示意性俯视图；和[0033] 图9为根据本发明的离心力摆的第六实施方式的局部的示意性俯视图。
具体实施方式
[0034] 在图1或图2中示出了根据第一实施方式的离心力摆10，该离心力摆可以用作具有内燃机的机动车的驱动系内的扭振
减振器。离心力摆10的主要组成部分为一个驱动环12、一个同步环14、多个摆体16和多个此处形式为销栓18的耦合元件。
[0035] 驱动环12与驱动系中的任意一个的驱动轴抗扭地耦联，并且例如可以是双惯量飞轮的次级侧或者抗扭地耦联于这个次级侧。为了实现驱动环12与驱动轴或者与双惯量飞轮的次级侧的耦联，可以选择地设置一个连接在中间的弹性元件(弹性耦联)。
[0036] 同步环14利用
滑动轴承或者
滚动轴承可旋转地支承在驱动环12上或者驱动轴上。重要的是：同步环14本身能够相对于驱动环12自由地旋转。驱动环12的旋转轴线与同步环
14的旋转轴线是同轴的，亦即是一致的。
[0037] 另外，多个摆体16利用滑动轴承或者滚动轴承20可旋转地支承在驱动环12上。摆体16的轴承20关于旋转轴线偏心并且如此设置在驱动环12上，即，摆体16可以在垂直于旋转轴的平面内旋转。原则上唯一一个摆体16也就足够；但是下文以多个均匀分布的摆体16为出发点，正如在图1和2的
实施例中所示出的那样。
[0038] 在图3中单独示出了相对于驱动环12可旋转的同步环14。同步环14在此处构造为多件式的。在摆体16的朝向驱动环12的那侧上设置有第一盘22，并且在摆体16的背向驱动环12的那侧上设置有第二盘24。两个盘22、24相互刚性地连接。
[0039] 也可以设置一个厚的盘来代替两个盘22、24，其中，两个盘22、24之间的中间空间由一个或者多个槽代替，摆体16伸入所述槽中。
[0040] 在第二盘24的背向驱动环12的那侧上设置有盖26，该盖固定在第二盘24上。盖26也可以与第二盘24一件式地构造。紧定销28用于使两个盘22、24相互精确地、事先确定地定向。
[0041] 在两个盘22、24中沿圆周方向分布地分别加工有多个优选相同的轮廓30，其中，第一盘22的轮廓30与第二盘24的轮廓30正好准确对置。在图2中看不到第二盘24的轮廓，因为仅仅从第二盘24示出了里面的部分，以便看到下文更加详细说明的摆体16。
[0042] 优选相同的摆体16优选分别以与旋转轴线成相同间距地、可摆动地支承在驱动环12上，在图4中单独示出所述摆体中的一个。每个摆体16具有一个轮廓32。利用34标出了摆体16的重心，该重心的
位置由摆体16的一般形状并且可选地由摆体16内的空缺口36的构造确定。
[0043] 支承在驱动环12上的摆体16借助销栓18耦联于同步环14。销栓18置入轮廓30或者32内，更确切地说每个销栓18从第一盘22的轮廓30穿过摆体16的轮廓32一直延伸到第二盘
24的对置的轮廓30中。销栓18既不与同步环14也不与摆体16连接。
[0044] 销栓18一方面沿轴向通过驱动环12固定，该驱动环防止销栓18从第一盘22的轮廓30中脱出。为使销栓18不会从第二盘24的轮廓30中脱出，设置有盖26。但是作为可选方案，也可以设置其他盖板，或者，盘22、24内的轮廓30可以沿轴向仅仅是具有一定的深度而并非贯通的。为了轴向固定也可以使销栓18构造有凸缘。
[0045] 销栓18和同步环14的及摆体16的轮廓30、32如此相互协调，即，在同步环14相对于驱动环12扭转的同时，摆体16能够围绕其轴承20进行有限的旋转运动。在此，销栓18用作在轮廓30、32上滚动的滚动体。
[0046] 轮廓30、32和销栓18一般地能够实现摆体16与同步环14之间的(任意的)非线性运动。通过与销栓18相匹配的轮廓30、32的外形构造可以实现离心力摆10的等时曲线的协调一致。
[0047] 下文对离心力摆10的基本作用原理加以阐述。
[0048] 图1和2示出离心力摆10的一个状态，在该状态中没有扭力起作用或者摆体16最大限度地偏移。如果发动机起动以及驱动轴旋转的话，这个驱动轴带动所述驱动环12。可自由旋转的同步环14由于其惯性首先跟着旋转。在驱动环12与同步环14之间由此产生的扭转导致销栓18如此在轮廓30、32上滚动，即，摆体16向内偏移，更确切地说，由各个摆体16的所有重心34的位置得出的摆体16的总重心向旋转轴线的方向游移。
[0049] 但是在进一步旋转过程中，离心力将摆体16向外拉。因此，摆体16如此程度地向外偏移，即，在轮廓30、32内滚动的销栓18迫使同步环14相对于驱动环12扭转，然而沿相反的旋转方向。这一点最后导致同步环14在一定的旋转之后短时间地超过驱动环12。但是，驱动环12与同步环14之间沿相反的旋转方向的相对扭转重新导致摆体16通过经由销栓18在运动学上的耦联而向内偏移。
[0050] 重复这些过程，便使得摆体16产生摆动。在同步环14和驱动环12的相对扭转与摆体16的偏移之间的运动学关系由摆体16的质量和同步环14的惯性以及由振动激励的类型来确定。在此，同步环14提供附加的惰性质量，由此，总惯性便发生迁移。另外，同步环14用来使所有摆体16同步地、同样地运动。
[0051] 在驱动轴均匀地旋转时，也就是说，当经过较长时间在驱动轴上施加恒定的扭矩时，离心力摆10渐渐停止摆动并出现一种平衡状态。然而如在内燃机中普遍的那样，如果由于旋转不均匀性出现扭矩波动的话，激励离心力摆10振动。于是振动质量的用来有效地阻尼驱动系中的扭转振动。
[0052] 为了限制驱动环12与同步环14之间的相对扭转，可以在这两个环之间设置弹性的耦合元件。为此，例如同步环14直接就在驱动轴或者驱动环12上的支承点处与一个可弹性
变形的元件连接。
[0053] 同样，轴承20也可以具有弹性的耦合元件，所述耦合元件有针对性地影响摆体16相对于驱动环12的摆动运动。为此，例如摆体16直接在驱动环12上的支承点处与一个可弹性变形的元件连接，所述元件在它那方面与驱动环12固定连接。
[0054] 另外，可以设置一个附加的装置，利用该装置可以主动地使同步环14沿旋转方向制动或者加速。
[0055] 在图5中示出了离心力摆10的第二实施方式。与前述实施方式的主要不同之处在于同步环14与摆体16的不同构造设计。
[0056] 摆体16在此基本上由两个其间具有间隙的半部16a、16b构成。在合适的位置上摆体半部16a、16b相互刚性连接，从而它们可以共同围绕轴承20旋转。作为可选方案，摆体16也可以与相当于间隙的槽一件式地构造。每个摆体半部16a具有一个轮廓32，该轮廓与另一个摆体半部16b的一致的轮廓32正好准确地对置。
[0057] 与之相反，同步环14在此则一体式地构造为单独的盘。同步环14的轮廓30为贯通的。同步环14可自由旋转地设置在摆体半部16a、16b之间。
[0058] 再次通过置入轮廓30、32内的、自由的销栓18来实现摆体16与同步环14在运动学上的耦联。在此，销栓18从一个摆体半部16a的轮廓32穿过同步环14的轮廓30一直延伸到对置的摆体半部16b的轮廓32中。
[0059] 销栓18在一侧通过驱动环12沿轴向固定；在另一侧上或者盖板可以安装在摆体半部16b上。或者轮廓32在摆体半部16a和/或16b中沿轴向仅仅是具有一定的深度而非贯通的。
[0060] 离心力摆10的作用原理与第一实施方式相符，也就是说，同步环14的作用在于使摆体16以扭转振动的形式围绕轴承20同步摆动。
[0061] 在图6至9中示意性地示出了离心力摆10的四个其他实施方式，在这些实施方式中摆体16并不是可旋转地、而是可径向移动地支承在驱动环12的相应的引导部38内。在此，在下文中同样以多个摆体16为出发点，尽管也可以仅仅设置一个单独的摆体16。
[0062] 在图6中示出的实施方式中，摆体16通过线或者带40与同步环14连接。同步环14本身具有带有用于线或带40的特定轮廓30的外周，所述线或带在此用来代替销栓18将摆体16在运动学上耦联于同步环14。通过轮廓30的构造设计，运动学上的耦联可以匹配于确定的要求。
[0063] 类似于在前述实施方式中那样，同步环14相对于驱动环12的扭转导致摆体16在引导部38内朝旋转轴线移位，因为线或带40紧贴到轮廓30上并且通过它们沿旋转方向的偏移将摆体16或者摆体16的总重心向内拉。由于设计为线性引导部38，摆体16的移位在此为平移的。离心力又用于将摆体16向外拉，从而同步环14相对于驱动环12的旋转方向反转。重复这些过程导致离心力摆10的振动。
[0064] 在图7中所示离心力摆10的实施方式与图6的实施方式非常相似。在此，代替线或带40，分别有一个铰接机构42用来实现运动学上的耦联。同步环14上的特定轮廓未作规定，因为在此铰接机构42的起先详细确定的设计决定性地负责保证振动特性。
[0065] 在图8中示出的实施方式中，摆体16同样也可径向移动地支承在驱动环12的相应的引导部38内。摆体16在此通过如下方式耦联于同步环14的外部段，即，所述摆体16分别利用一个线或带40悬挂到一个滚子44中，所述滚子可以在同步环14的外部段的内侧轮廓30上滚动。
[0066] 图9中所示实施方式与前述实施方式的不同之处在于：代替滚子44设置有销栓18并且代替线或带40在摆体16内设置有轮廓32。摆体16在此具有“U”的形状并且用它的两个翼缘将同步环14的外部段包围。两个翼缘分别具有彼此准确对置的轮廓32。销栓从一个轮廓32延伸到对置的轮廓32并且与此同时穿过同步环14的轮廓30。轮廓30、32如此相互协调一致，即，在驱动环12与同步环14之间的相对扭转时将摆体16或者它们的总重心向内压，并且在摆体16由于离心力作用而向外运动时同步环14相对于驱动环12的旋转方向反转。
[0067] 所有阐述的实施方式都具有如下共同点：摆体16在运动学上耦联于同步环14，从而始终保证所有摆体16的相同的、同步的偏移。原则上具有仅仅一个摆体16的实施方式也是可能的，只要这个摆体在运动学上耦联于同步环14。
[0068] 也可以通过不同设计方案的组合来实现所述运动学上的耦联。可以利用
现有技术中已知的用于线性引导的可能方案(例如燕尾形引导部、楔形引导部等)实施对摆体16的平移引导。优选摆体16成圆柱形构造并且在一个与此相匹配的圆柱体中引导(类似于内燃机中的活塞)。另外，为了支承在驱动环12上，摆体16可以耦联于一个可弹性变形的元件，该元件在它那方面则又固定地耦联于驱动环12。
[0069] 正如从附图中可以得知的那样，对于离心力摆10各部件所选择的名称不应该理解为限制性的。特别是，驱动环12与同步环14不必具有环体的传统形式，而是可以分别具有与此不同的形状构造。
[0070] 附图标记列表
[0071] 10 离心力摆
[0072] 12 驱动环
[0073] 14 同步环
[0074] 16 摆体
[0075] 16a 第一摆体半部
[0076] 16b 第二摆体半部
[0077] 18 销栓
[0078] 20 轴承
[0079] 22 第一盘
[0080] 24 第二盘
[0081] 26 盖
[0082] 28 紧定销
[0083] 30 轮廓(同步环)
[0084] 32 轮廓(摆体)
[0085] 34 重心
[0086] 36 空缺口
[0087] 38 引导部
[0088] 40 线或带
[0089] 42 铰接机构
[0090] 44 滚子
