TWI300112B - Automotive crankshaft torsional vibration absorber - Google Patents

Description

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種汽車引擎曲軸總成之曲軸扭轉吸振器，尤 指一種利用振動吸振器原理所設計之裝置，藉由安裝於皮帶輪或 飛輪之内、外侧之曲軸上的吸振器與曲軸總成一起旋轉，此吸振 器旋轉時產生之自然頻率將自動調整與高速轉動之曲轴總成自然 — 頻率相近，進而達到最佳之吸振效果，具有穩定汽車引^曲軸總 成動態響應之功能者。 【先前技術】 汽車引擎之曲軸總成主要包含有三個構件，分別為曲軸 (Crankshaft)、皮帶輪(puiiey)及飛輪(Flywheel)。 曲軸是將活塞之往復運動經連桿轉變成旋轉運動，並將各汽 缸動力行程產生之動力經由飛輪向外輸出，並利用飛輪之慣性將 動力供給活塞做進汽、壓縮、排汽等工作。 皮帶輪裝置於曲軸前端，用以驅動水幫浦及發電機，或動力 轉向機油與冷氣機之壓縮機，並可加裝減振器，以吸收曲軸之扭 轉振動’而減振器一般為摩擦片式、橡膠式及液體式等。 氣輪則裝置於曲軸後端’在動力行程時吸收動能向外輸出， 並儲存部分動能供給進汽、壓縮、排汽各行程使用，使引擎能運 轉並平穩地輸出動力，並作為離合器之主動機件，及發動引擎時 之被動機件。 ' 曲軸可为成四個部位，分別為曲軸頸((^止joumai)、曲轴銷 (Crank Pin)、曲軸臂（Crank Arm)及曲軸配重（Crank Balance

Weight)。曲軸頸為曲軸之轉動中心部位，其功用是經由軸承將曲 軸固定於引擎主體上。曲轴銷則是經由軸承連接引擎連桿，其與 曲軸頸間有一偏心距離，以將活塞之往復運動經連桿轉變成旋轉 l3〇〇]|2 ί ； ν\ ' 銷 ，動。曲綱麟轴_藉由曲姆連結。“峰臂i曲 =心質量，當曲軸旋轉時便產生_心負荷，造成振動= 須㈣1之鱗位置設置曲她重以 曲 後，貝_擎_正㈣㈣之排列决定 率的=3Γ:Γ若存在有質量偏心情形，則會有轉速頻 的22Γίί _總成振動°而_總成飛輪在售合 进ί_ΤΓ曰產生”齒輪齒數有關之高倍頻負荷，其作用頻率愈轉 倍數之關係，極可能激發此倍頻辭附近之模態=形轉 在運轉_，亦有可朗皮帶帶動、汽缸行程、 倍頻激振ί組躲崎贼產生各種雜賴特狀不同型式 作用改變系統剛性效應、f量效應、料條件型式及外力

Wb_n Abs〇 吸收外讀系統所造成各種型式之振動。 “降低或 在π車引擎曲軸總成的振動抑制方面已經有許多， ▼兩|叹於曲軸上之振動阻尼器可區分成彈簧吸振或利用 橡膠材料將雜振動量觀賴能，朗減振之目的。此種類型 胜器可吸收曲軸總成之周向及徑向振動’但在製造及組 、稷/八與困難度皆較高。另一類型之振動阻尼器與皮帶輪有 ΐ田：ίί分離式與一體成型兩種，分離式之成本較低且設計與 運用淨性較向’但在組裝之精度與困難度較高；而-體成型之阻 安餘易，但製造成本高，且當阻尼橡膠層因振動 及熱w響而疲勞時，就必須更換整個皮帶輪。

1300112 一般吸振器之設計常僅能吸收單一固定值之自然頻率，但汽 車引擎曲軸總成旋轉時，其自然頻率將隨轉速之變動而有變化， 若無法調變吸振器之自然頻率，將無法有效地達到抑制隨轉速變 化的自然頻率值之振動量。 【發明内容】 本，明主要針對汽車引擎之曲軸總成設計一結構簡單、製造 與組裝容易、不多佔空間並可隨轉速自動調節自然頻率以發揮最 大吸振效率之曲軸扭轉吸振器。 為達到隨轉速自動調節自然頻率之效果，本發明之具體結構 ”技術手段如下，該吸㈣具有呈環賺的—外棚，且吸振器 ^中央處喊-套接部，又套接部與外環關設置有連接兩者且 1距排列的錄個支樑，吸㈣輕設於皮帶輪或麟之内、外 曲軸上’其係與雖總成—起轉動產生與峰總成旋轉時 相同或相近的自然頻率。 藉由上述騎構使本發明具有下列各項優點·· 2 1、構造簡單，独裝曲軸總斜—併裝設於皮帶輪或 飛輪之内、外側之曲軸上，不需要複雜之 多額外之裝設空間，降低生產成本。 〃 率及安全性 本發明進一步可改變吸振器之尺寸 曲軸扭轉吸振n之自然頻率隨著汽車引擎之曲轴總 成讀速而改變，可令吸振器之自然頻率自動隨轉 速调整至與曲軸總成之自然頻率相近，達到更具效 f也抑制此自然頻率之振動，使系統具備較佳：動 悲響應’以減少曲輛之扭轉疲勞破壞，延長汽車引 擎曲軸總成之使用壽命，並提升汽車引擎之運轉效 比例，使其用 7 1300112 / /干T月tl修(更)止3 於吸收因皮帶輪或飛輪之軸向彎 【實施方式不】(偏心)產生之不平衡振動具一 汽車引擎之曲軸總成旋=動讀 ，形狀之吸振器，此吸振器設於一汽車引擎:二:::二 或飛輪之内、外侧之曲軸上。 …烕之皮ν輪 請參閱第-圖所示’該汽車引擎曲軸總成主要包含有曲轴2 (由曲轴頸2 1、曲軸銷2 2、峰臂 成）可將活塞（圖中未示）之往轴配重2 4所組 „動:帶動裝置於曲軸2兩端之皮帶輪3與飛輪4運^， 進而再f動汽車引擎其餘之相關機件。 由於方疋轉應力硬化的作用，高速轉動之曲轴總成的曲轴2、 皮帶輪3與飛輪4的自然頻率會隨同著轉速變化，因此，必須先 進行分析曲軸總成之自然頻率隨著轉速變化的關係。 採用有限元素法（FiniteElementMethGd，FEM)作汽車引擎 曲軸總成之觀分析（MGdalAnalysis)，第三圖為曲減成最低自 然頻率之基礎勘模態’其為周向之扭觀龍態，也就是造成 曲軸扭轉錢破壞之主要觀。此_總向之扭轉振動模態 的自然頻率隨著轉速變化關係如第四圖中虛線所示，當曲轴總成 轉速由0 RPM增加至,j _ RpM時，其自然頻率也由5〇2 37’出 上升至512.01 Hz。 由於汽車引擎曲軸總成之轉速必須不斷地在其操作轉速範圍 〇 RPM至6000 RPM間上下變換，一般傳統吸振器僅能抑制單一 固定值之自然頻率，若吸振器無法自動調變其自然頻率與曲軸總 1300112 =匹=’將無法有效地達到抑制隨轉速變化的自&頻率值之振動 4配合參閱第—目與第二圖輯，本發明實施例之吸振器1， 二乃針對抑制汽車引擎曲軸總成之皮帶輪3與飛輪4轉動慣量造 成曲軸，扭制產奴扭轉鶴（錄扭轉吸振H);本發明實施 例主要疋在皮帶輪3外側之曲軸上設置-吸振器1，該吸振器1 係依據曲|爾錢_之模態分析，並糊外型參數分析搭配最 佳化方t所求得之形狀，該吸振器1具有呈環圈狀之—外環圈1 1立外環圈11的中央處設置有一呈環形座體之套接部12，套 接2中央處形成—套接孔121，以及位於外環圈11與套 接部^ 2之間設置有數支支樑1 3，其中本發_實施例中係為 =支等間隔設置的支樑i 3形成對稱之態樣。第五圖為吸振器丄 取低自然頻率之基礎鶴難，其為周向之扭轉織模態，以吸 收曲軸總成之周向扭轉振動。 吸振器1之套接部12的套接孔121可經由固定螺栓穩固 :设於皮帶輪3外侧之曲軸2端部，吸振^1係隨著曲軸2-起 方疋，’因此其自然頻率亦會隨著曲軸2的轉速改變而變化。此吸 振器1周向之扭轉振動模態的自鋪率隨著轉速變化關係如第四 圖中實線所示，當曲軸2轉速由0 RPM增加到6000 RPM，其自 :頻率也由5〇2·83 Hz上升至513·69 Hz。為鑑別吸振器1與曲轴 二成，細率之差異對吸振效果的影響程度，特意將所分析出之 吸振器1扭轉振動模態的自然頻率於川㈨处河至⑼㈨处河與曲 轴總成自然頻率的差異值設定為0.5 Hz增加至1.5 Hz。 •吸振效果之驗證採用簡諧分析（Harmonic Analysis)，於皮帶 輪3施加- 500 Hz之簡譜扭轉負荷，以激發曲軸總成之第一扭轉 振動模態，並比較裝設吸振器i前後曲軸總成之周向振動量差 異。為能清楚量化曲軸轉錄n i喊振效果，選定飛輪4、 1300112 曲軸銷2 2及皮帶輪3外侧六點（P1至砰點）比較周向振動量， 如第六圖所示。由於飛輪4、曲軸銷2 2及皮帶輪3分別與汽車 引擎之傳動齒輪、活塞連桿及皮帶等重要運動機件連接，若產生 過大之扭轉振動將嚴重影響汽車引擎之運轉順暢度及安全性，並 造成曲軸2之扭轉疲勞破壞。 簡諧分析分別於曲軸總成轉速1000 RPM、2000 RPM、3000 RPM、4000 RPM、5000 RPM及6000 RPM下進行，比較裝設吸 振器1後汽車引擎曲軸總成之P1至P6點周向扭轉振動量的降低 程度。第七圖與第八圖分別為P1至P6點周向扭轉振動量的降低 百分比（％)與降低分貝值（dB)，其中分貝係利用公式20 log(Uq2/Uql)計算，Uql為未裝設扭轉吸振器1之曲轴總成周向振 幅，而Uq2為裝設扭轉吸振器i之曲軸總成周向振幅。 请參閱第七圖與第八圖所示，曲轴總成轉速1〇〇〇RpM、吸振 器1與曲軸總成自然頻率的差異值為Μ Hz之情況下吸振器丄可 降低P1至P6點周向扭轉振幅約99 % (5〇 dB);但當轴總成轉速 6〇OORPM、吸振器1與曲軸總成自然頻率的差異值增加為i 1對P1 L周向扭轉振幅降低程度減少為約 90 / (20 dB)。因此，若吸振器工無法自動調變其自然頻率與曲 軸總成匹配，使得吸振器1與曲轴總成自然頻率值差里變大，吸 法最有效地達到抑制隨轉速變化的曲軸總成自然頻率 上述本發明之實施例說 狀確定後，可藉由機械射出2曲軸扭轉吸振⑽具體外觀形 曲軸總成上。 出成形或沖壓技術製作吸振器並裝設於 1300112 m 修(更)正替换M j 率及安全性，改進其汽車引擎曲轴總成之操彳巧生能並具低廉之製 ^乍成本’、又本發_吸振器結構是可作適當的變化财，例如支 WO » ' ’或者吸振器的形狀改變都屬於本發明的 間早變化，應屬本發明之範疇。 物或=二7作’林發明未見於刊 月專利之巾請要件’爰依法具文提出申請。 11 1300112

【圖式簡單說明】 咖與汽娜-軸總成部 ^了圖.係本發明曲軸扭轉吸振器配置於曲軸總成之剖視 擎之蝴總成第—個_率之基礎 S ^ 0 〇 ^圖讀曲她轉錄11最低自鋪率之基礎振動模 第/、圖·係所選定之飛輪、曲軸銷及皮帶輪徑向外侧（P1 至P6點）周向振動量比較點。 第七圖·係曲軸總成轉速分別為1〇〇〇RpM、2〇〇〇RpM、3〇〇〇 RPM >_〇 rpm ' 5_ RPiy[及 6000 RPM，裝設曲軸扭轉 吸振器後曲軸總成之P1至P6點周向扭轉振動量的降低百 分比（％)。 第八圖：係曲軸總成轉速分別為1〇〇〇RPM、2〇〇〇 RPM、3000 RPM、4000 RPM、5000 RP]y[及 6000 RPM，裝設曲軸扭轉 吸振器後曲軸總成之P1至P6點周向扭轉振動量的降低分 貝值（dB )。 【主要元件符號說明】 1吸振器 1 1外環圈 1 2套接部 121套接孔 1 3支樑 2曲軸 2 1曲軸頸 2 2曲軸銷 2 3曲軸臂 2 4曲軸配重 3皮帶輪 4飛輪 12

Claims (1)

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、申請專利範圍： 日¢(.¾正替換頁丨 •:種汽車曲軸扭轉吸顯，其係絲於皮帶輪或飛輪 振器曲轴上，與曲轴同步轉動，其特徵在於該吸 門户二tfr複數支槪—外_，射該套接部中 =:=r結合之套接孔，而各支 異於套接上，而該外環圈係與各支樑 2 然頻率於振動模態的自 軸總成的扭轉振動模態之自然頻率自動調整與汽車曲 如申請專利範圍第丄項所 ^ 3 中於套接部外表面係等間隔設置=三曲妹轉吸振器，其 如申請專·11第！項所述 二根支樑。 中該套部係為 —環形之座體\ 軸扭轉吸振為，其 如申請專利範圍第^ 中該外環圈係曲麵啡吸振器，其 4