用于降低繞轉動軸線轉動的盤狀的轉動構件上的振動的方法以及轉動構件的制作方法

專利名稱：用于降低繞轉動軸線轉動的盤狀的轉動構件上的振動的方法以及轉動構件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于降低繞轉動軸線轉動的盤狀的轉動構件上的振動 的方法，該盤狀的轉動構件以一個相對于該轉動軸線同軸心的圓形面與一 個配合構件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉動構件相對于該配合構 件轉動。
另外，本發明涉及一種盤狀的轉動構件，該盤狀的轉動構件在安裝位 置中可繞轉動軸線轉動并且可以以一個相對于該轉動軸線同軸心的圓形面 與一個配合構件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉動構件可相對于該 配合構件轉動。
背景技術：
當配合面與相對于配合面轉動的轉動構件之間存在摩擦接觸時，振動、 尤其是在聲頻范圍內可作為咯吱聲聽到的振動是技術中廣泛的問題。這種 可聽到的振動的典型例子是制動咯咬聲，該制動咯吱聲在軌道車輛中出現， 但也在機動車中出現。
多年以來成效不同地致力于這種振動的消除。

發明內容
本發明的任務在于，給出所述振動問題的解決可能性。 該任務通過一種用于降低繞轉動軸線轉動的盤狀的轉動構件上的振動 的方法來解決，該盤狀的轉動構件以一個相對于轉動軸線同軸心的圓形面 與一個配合構件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，轉動構件相對于該配合 構件轉動，在該方法中，這樣構造轉動構件使得繞該轉動構件的轉動軸 線存在的循環對稱性受到干擾。
總體上構造成面狀的、可繞轉動軸線轉動的、可以以一個同軸心的圓形面與一個配合構件的配合面摩擦接觸的轉動構件是膜片狀構件，所述膜 片狀構件可被激勵成多種振動模態，所述同軸心的圓形面可以是外部的圓 周面或軸向指向的面。滑動摩擦方式的接觸可導致具有相同形式的、但具 有在旋轉方向上相反的切向位置或對立的位置的模態之間存在反饋耦合， 其中，這種模態具有相同的固有頻率。具有相同頻率的這種模態之間的反 饋耦合導致不穩定性。
在大規模的研究中已經證實，反饋耦合(Riickkopplung)使轉動構件 的成對出現的模態相互聯系并且因此轉動構件的循環對稱性起重要作用。
對循環對稱性的干擾使被反饋耦合的模態的頻率分開，由此，不穩定 性條件受到干擾并且振動的產生被減少或在很大程度上被抑制。
轉動構件有利地沿著圓周方向設置有不對稱地布置的和/或不對稱地 成形的干擾裝置，所述干擾裝置的數量取值為m，其中，n/m不是整數，n 是轉動構件的對稱循環數量。
根據本發明的盤狀的轉動構件在安裝位置中可繞轉動軸線轉動并且可 以以一個相對于轉動軸線同軸心的圓形面與一個配合構件的配合面以滑動 摩擦的方式接觸，轉動構件可相對于該配合構件轉動，該轉動構件被構造 得繞其轉動軸線的循環對稱性受到干擾。
轉動構件有利地設置有在圓周方向上不對稱地布置的和/或彼此相對 不對稱地構造的窗，所述窗的數量為m，其中存在n/m不是整數，n二轉
動構件的對稱循環數量。
窗的尺寸有利地滿足下列關系每個窗在圓周方向上的寬度大于5度； 每個窗的徑向長度大于轉動構件在該窗的區域中的徑向長度的10%。
對于窗的布置有利地適用下列關系 -徑向不對稱性L《> 0.2 ，
-切向不對稱性M)皿-A①^〉1(T，其中，
i ,.、爐,.是窗/(/ = 1,...,附)的"重心"的徑向位置和切向位置并且 i^-max(W,及^min")， z = l,,..,m;
△O,. =|仍+1 一AI， z'-l,…,附一l; AOm=|^—^ |; A①max-max(AO)J， A①^ = min(AO)油}， / = 1，...，附。
本發明可用于在很大程度上全部類型的可被激勵到固有振動的、尤其是可被激勵到具有相同形式的、但具有在圓周方向上相反的切向位置或位 置的固有振動的構件。這種構件優選是例如由具有必要時不同的厚度的平 面盤例如通過拱曲、擠壓或其他使該盤從其面中變形出來的方法來制造的 構件。盤也可保持平面，例如制動盤。
本發明可有利地用于雙質量飛輪上的密封膜片。


下面借助于示意性附圖示例性地并且更加詳細地描述本發明。附圖表
不
圖1和圖2—個圓環盤的兩個振動模態，在圓周方向上位置相反； 圖3 —個密封膜片，該密封膜片在徑向內部與雙質量飛輪的
第一盤形件無相對轉動地相連接，在徑向外部在軸向預夾緊的情況下與第
二盤形件摩擦接觸；
圖4、圖6、圖8和圖10. 具有不同的窗數的密封膜片的三個實施
例；
圖5、圖7、圖9和圖11 屬于圖4、圖6、圖8和圖10的固有振 動特征值；以及
圖12和圖13 各四個窗在一個密封膜片中的兩種不同的布置形式。
具體實施例方式
圖1示出了一個圓環盤的稍微立體的視圖，該圓環盤優選構造成扁平 的并且具有與其直徑相比小的厚度。圓環盤20可平面地或拱曲地取向，該 圓環盤具有內徑&和外徑R2。圓環盤在其內徑上被夾緊和固定并且在其外 徑上在徑向預加載的情況下靠置在一個相對于圓環盤20同軸心地設置的圓 柱體的內表面上，該圓柱體轉動。作為替換方案，也可這樣布置圓柱體 位置固定，圓環盤轉動。
由于徑向預夾緊而存在處于圓環盤的平面中的、垂直于該圓環盤的外 徑的法向力。由于滑動接觸而存在在圓環盤的切向方向上起作用的切向力。
圓環盤是一個可被激勵得振動的構件，其中，圓環盤振動的固有模態 具有下列的公式^(r,p &"2(r)sin"2爐，v^(/^)-凡化(r)cos"^;，其中，r、 p是圓柱坐標系中的坐標，1、 2…，n2=0、 1、 2…，是整數。
在n-0的情況下的這種模態沿著圓周具有n2個拱曲和凹陷或振動面， 在它們之間分別存在一個振動波節。尤其是當對于每個模態存在一個具有 相同頻率的"對"^。0^)時出現振動的不穩定性，其中， 一個模態的拱 曲和凹陷恰好處于另一個模態具有振動波節的位置中。
圖1在該圖的上方和下方用深色各示出了一個振動波腹，其中，波節 線在波腹之間水平延伸。圖2示出了成對的模態，在該成對的模態中，用 深色表示的振動波腹22在水平線上彼此對置，未示出的波節線垂直延伸。
如果圓環盤以根據圖1和圖2的模態振動，則在沿著圓環盤圓周摩擦 接觸的情況下發生法向力的變化，該變化在振動波腹的區域中最大，在振 動波節的區域中最小。法向力的變化導致切向力變化。切向力的變化影響 成對出現的模態，由此在成對出現的模態之間存在反饋耦合。在無阻尼的 情況下，這種模態不穩定。
盤的軸向變形導致法向力發生周期性變化。由于摩擦，法向力的這種 周期性變化導致切向力發生周期性變化。切向變化不引起軸向力變化，由 此，系統的剛度矩陣在摩擦情況下不對稱。
機械系統的固有頻率可表示為復數，其中，復數的虛部表示振動頻率， 實部描述穩定性。如果全部固有頻率的實部為負或等于零，則系統穩定。 而出現具有正實部的固有頻率則意味著不穩定。
在無阻尼的情況下，具有對稱剛度矩陣的系統穩定。這種系統僅具有 實部為零值的固有頻率。在剛度矩陣不對稱的情況下， 一些固有頻率的實 部可不等于零。
在考察剛度矩陣不對稱的情況下對復固有頻率的分析可研究帶有摩擦 的系統中的穩定性。采用Q-R阻尼法模態分析的ANSYS 10.0是一個程序， 通過該程序可實施這種分析。復固有頻率的分析不僅可實現定性說明，而 且可實現定量說明。復固有頻率的實部X的大小表明相應的固有模態幅度如 何變化。零實部a=o)意味著恒定的振動幅度；如果X不等于零，則存在 表達式A(t)=AQE"，該表達式表示與時間相關的振動幅度。入〉0意味著振動 增強、即不穩定，XO意味著振動減弱。
固有頻率、尤其是固有頻率的實部不僅與剛度矩陣的不對稱性相關，而且與阻尼相關。在具有接觸摩擦或貼靠摩擦的系統中，阻尼是非穩定參 數，因為阻尼隨著振動頻率及其幅度、摩擦系數、壓緊力和其它多個因數
變化。因此，在Q-R阻尼法模態分析中不可精確地引入阻尼，模態分析在 不考慮阻尼的情況下進行。在無阻尼系統中帶有正號的實部的大小用作不 同固有模態的不穩定性的判據。
在計算中假設摩擦系數為0.5，因為當摩擦系數在接觸中由于局部的材 料去除而升高直到4=0.5 0.6時，在轉臺(Drehbank)上試驗時出現咯吱 聲。本征值在最大10000Hz的頻率范圍(密封膜片咯吱聲頻率典型地處于 2000至8000Hz之間)內被分析處理。
下面對上述思考在其在密封膜片上的應用方面進行描述，該密封膜片 如在例如DE 100 02 259 Al中所述的雙質量飛輪中使用。這種密封膜片是 優選金屬的環形盤，該環形盤在其內部圓周區域上與雙質量飛輪的第一盤 形件例如通過鉚釘剛性連接，該環形盤從其被鉚接的徑向內部區域起在軸 向上拱曲并且在其徑向外部區域中在軸向預夾緊的情況下與雙質量飛輪的 第二盤形件可滑動地摩擦接觸，該第二盤形件相對于第一盤形件同軸心地 被支承著并且可相對于第一盤形件扭轉一個受限制的量。
圖3以俯視圖示出了這樣的情況
用30標記構成轉動構件的圓環狀的密封膜片，該密封膜片在其圓形的 徑向內部的區域32上通過用深色繪入的連接區域例如鉚釘與未示出的雙質 量飛輪的一個盤形件32相連接并且在其徑向外部的區域34上與雙質量飛 輪的另一個盤形件可滑動地摩擦接觸。摩擦接觸部分優選軸向預夾緊，但 也可徑向預夾緊。在密封膜片中構造有窗36，在下面詳細描述這些窗的任 務。窗36具有徑向的延伸量ARi，其中，i對應于各自的窗，并且具有在圓 周方向上在角度區域上的延伸量A(pi。圓環盤20的徑向寬度取值為H。
圖4示出了圖3的布置形式，密封膜片30無窗并且雙質量飛輪可總體 上繞轉動軸線X轉動或密封膜片30可相應地繞轉動軸線X相對于盤形件 之一轉動。
圖5示出了圖4的密封膜片30的振動特性的特性曲線。橫坐標描述固 有振動的頻率，單位為Hz。縱坐標描述前面說明的值人(僅針對入>0的固 有頻率)，單位為秒'1。如可看到的那樣，存在多個不穩定的固有頻率或振動模態，這些不穩定的固有頻率或振動模態滿足能量交換的上述條件并且 由此構成可聽到的咯吱聲的誘因。
圖6示出了一種布置形式，在該布置形式中，密封膜片30設置有一個 窗36。在優化窗的布置和尺寸之后在0至10000Hz的范圍內僅得到九個具 有正實部的固有頻率，其最大值大約為44.4秒"(圖7)。
如果根據圖8設置兩個窗，則在優化這些窗的位置和大小之后根據圖9 僅得到兩個具有正實部的本征值，其最大值為26.4秒"。
在以圖10的布置和大小設置三個窗的情況中，根據圖11得到三個具 有正實部的固有頻率，其最大值僅取值為5.6秒"。
在四個窗的情況中(圖12和圖13)，密封膜片在0至10000Hz的范圍 內可構造得完全穩定，即不存在具有正實部的本征值。在此，在圖12和圖 13中示出了兩個不同的可能的窗布置形式。
對于窗數、窗的尺寸及窗的布置而言適用的是布置窗的目的是干擾 軸向的循環對稱性，由此使反饋耦合模態的頻率不同。為此，存在本身極 其不同的可能性，例如支承的變化，構件面的變化，構件厚度的變化，單 位面積質量的變化，等等。設置用于干擾對稱性的窗或縫隙已被證實是極 為有效的。
1. 窗數m:
對于具有循環數量-n的循環對稱構件，比例n/m不應是整數。 對于軸向對稱構件(n=l)的窗的最小數量取值為m=2。對于具有循 環對稱支承的所示密封膜片取值為n=6 (所研究例子的研究結果)。窗的最 小數量因此取值為m二4，因為在m二l、 2或3時，n/m=6、 3或2。
2. 窗的尺寸
每個窗的切向寬度(角度范圍)取值應大于5。 (Acp>5°)。
每個窗的徑向長度AR取值應大于密封膜片的徑向尺寸H的10X。
3. 不對稱布置
假設Ri和(Pi是窗i的重心的徑向位置和切向位置并且 及鵬-薩W， ^mi,minW， ！=1""，附； = k+i -<4 z' = 1，…，附-1; = l仍-P加l;則應滿足下列條件 -徑向不對稱性^"—^- >0.2 ，
-切向不對稱性Ad^ - A(D加.n > 10° 。
由此，窗不僅在其彼此相對位置方面而且在其構型方面構造得不對稱。
窗的最佳尺寸一方面不應過小，因為對振動特性的待消除的不穩定性 的影響于是變得過小，另一方面由于膜片的強度和剛度而不應過大。窗對 振動特性不穩定性的影響應通過計算來檢驗。
在確定了窗的數量之后，優化窗的徑向位置和切向位置以及窗的尺寸， 以便使具有正實部和實部最大值的本征值的數量最小化。
對這些措施的效力的檢驗不僅通過用ANSYS 10.0程序中的Q-R阻尼 法模態分析或用其它程序中的類似方法實施的數字研究來進行，而且在試 驗臺上通過直接研究聲學特性來進行。
借助于其在一個軸向預夾緊地安裝的密封膜片上的應用描述的根據本 發明的方法可在繞軸線旋轉的全部構件上應用，所述構件與另一個構件以 滑動摩擦的方式接觸，其中，摩擦力可在轉動的構件的徑向方向或軸向方 向上起作用。盤狀的構件的概念在此包括可由盤成形出的罐狀或帽狀的構 件。
對成對出現的固有模態進行有目的的干擾已被證實是比迄今常用方法 有效的開發工具，在這些迄今常用方法中試圖將咯吱噪聲的產生歸因于粘 滑現象。
參考標號清單 20 圓環盤 22 振動波腹 30 密封膜片 32 區域 34 區域 36 窗
權利要求
1. 用于降低繞轉動軸線轉動的盤狀的轉動構件上的振動的方法，該盤狀的轉動構件以一個相對于該轉動軸線同軸心的圓形面與一個配合構件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉動構件相對于該配合構件轉動，在該方法中，這樣構造該轉動構件使得繞該轉動構件的轉動軸線存在的循環對稱性受到干擾。
2. 根據權利要求1的方法，在該方法中，該轉動構件沿著圓周方向設置 有不對稱地布置的和/或不對稱地成形的干擾裝置，所述干擾裝置的數量取值為m，其中，n/m不是整數，n是該轉動構件的對稱循環的數量。
3. 盤狀的轉動構件(30)，該盤狀的轉動構件在安裝位置中可繞轉動軸 線轉動并且可以以一個相對于該轉動軸線同軸心的圓形面與一個配合構件(34)的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉動構件可相對于該配合構件 轉動，該轉動構件被構造得繞其轉動軸線的循環對稱性受到干擾。
4. 根據權利要求3的轉動構件，該轉動構件設置有在圓周方向上不對稱 地布置的和/或彼此相對不對稱地構造的窗(36)，所述窗的數量為m，其 中n/m不是整數，n-該轉動構件的對稱循環的數量。
5. 根據權利要求4的轉動構件，其中，所述窗的尺寸滿足下列關系每 個窗(36)在圓周方向上的寬度大于5度；每個窗(36)的徑向長度大于 該轉動構件在該窗的區域中的徑向長度的10%。
6. 根據權利要求4或5的轉動構件，其中，對于所述窗的布置適用下列 關系-徑向不對稱性H > 0.2 ， 切向不對稱性A(D皿-A(D^^(r，其中，及;、A是窗Z("l，...，m)的"重心"的徑向位置和切向位置，并且及鵬=max{《}， 7 ^-min(i^， ！=1,""附； △0,=|n,|， "1，…,附-1;氛+廣爐 |;
7.根據權利要求3至6之一的轉動構件，該轉動構件是雙質量飛輪(32) 上的密封膜片(30)，其中，該密封膜片在其徑向內部的邊緣區域或徑向外 部的邊緣區域上無相對轉動地與該雙質量飛輪的兩個彼此同軸心地設置 的、可彼此相對受限制扭轉的盤形件之一相連接并且以其徑向外部的邊緣 區域或徑向內部的邊緣區域彈性預加載地靠置在這些盤形件的另一個上。
全文摘要
本發明涉及一種用于降低繞轉動軸線轉動的盤狀的轉動構件上的振動的方法，該盤狀的轉動構件以一個相對于該轉動軸線同軸心的圓形面與一個配合構件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉動構件相對于該配合構件轉動，在該方法中，這樣構造該轉動構件使得繞該轉動構件的轉動軸線存在的循環對稱性受到干擾。
文檔編號F16F15/31GK101501363SQ200780028952
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月12日 優先權日2006年8月3日
發明者B·雷日克 申請人:盧克摩擦片和離合器兩合公司