專利名稱：用于降低繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件上的振動的方法以及轉(zhuǎn)動構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于降低繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件上的振動 的方法，該盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件以一個相對于該轉(zhuǎn)動軸線同軸心的圓形面與一 個配合構(gòu)件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件相對于該配合構(gòu) 件轉(zhuǎn)動。
另外，本發(fā)明涉及一種盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件，該盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件在安裝位 置中可繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動并且可以以一個相對于該轉(zhuǎn)動軸線同軸心的圓形面 與一個配合構(gòu)件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件可相對于該 配合構(gòu)件轉(zhuǎn)動。
背景技術(shù)：
當(dāng)配合面與相對于配合面轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動構(gòu)件之間存在摩擦接觸時，振動、 尤其是在聲頻范圍內(nèi)可作為咯吱聲聽到的振動是技術(shù)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(xiàn)， 但也在機動車中出現(xiàn)。
多年以來成效不同地致力于這種振動的消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出所述振動問題的解決可能性。 該任務(wù)通過一種用于降低繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件上的振動 的方法來解決，該盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件以一個相對于轉(zhuǎn)動軸線同軸心的圓形面 與一個配合構(gòu)件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，轉(zhuǎn)動構(gòu)件相對于該配合 構(gòu)件轉(zhuǎn)動，在該方法中，這樣構(gòu)造轉(zhuǎn)動構(gòu)件使得繞該轉(zhuǎn)動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動軸 線存在的循環(huán)對稱性受到干擾。
總體上構(gòu)造成面狀的、可繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的、可以以一個同軸心的圓形面與一個配合構(gòu)件的配合面摩擦接觸的轉(zhuǎn)動構(gòu)件是膜片狀構(gòu)件，所述膜 片狀構(gòu)件可被激勵成多種振動模態(tài)，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?；瑒幽Σ练绞降慕佑|可導(dǎo)致具有相同形式的、但具 有在旋轉(zhuǎn)方向上相反的切向位置或?qū)α⒌奈恢玫哪B(tài)之間存在反饋耦合， 其中，這種模態(tài)具有相同的固有頻率。具有相同頻率的這種模態(tài)之間的反 饋耦合導(dǎo)致不穩(wěn)定性。
在大規(guī)模的研究中已經(jīng)證實，反饋耦合(Riickkopplung)使轉(zhuǎn)動構(gòu)件 的成對出現(xiàn)的模態(tài)相互聯(lián)系并且因此轉(zhuǎn)動構(gòu)件的循環(huán)對稱性起重要作用。
對循環(huán)對稱性的干擾使被反饋耦合的模態(tài)的頻率分開，由此，不穩(wěn)定 性條件受到干擾并且振動的產(chǎn)生被減少或在很大程度上被抑制。
轉(zhuǎn)動構(gòu)件有利地沿著圓周方向設(shè)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(shù)量取值為m，其中，n/m不是整數(shù)，n 是轉(zhuǎn)動構(gòu)件的對稱循環(huán)數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件在安裝位置中可繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動并且可 以以一個相對于轉(zhuǎn)動軸線同軸心的圓形面與一個配合構(gòu)件的配合面以滑動 摩擦的方式接觸，轉(zhuǎn)動構(gòu)件可相對于該配合構(gòu)件轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件被構(gòu)造 得繞其轉(zhuǎn)動軸線的循環(huán)對稱性受到干擾。
轉(zhuǎn)動構(gòu)件有利地設(shè)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(gòu)造的窗，所述窗的數(shù)量為m，其中存在n/m不是整數(shù)，n二轉(zhuǎn)
動構(gòu)件的對稱循環(huán)數(shù)量。
窗的尺寸有利地滿足下列關(guān)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(zhuǎn)動構(gòu)件在該窗的區(qū)域中的徑向長度的10%。
對于窗的布置有利地適用下列關(guān)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(fā)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(gòu)件。這種構(gòu)件優(yōu)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(gòu)件。盤也可保持平面，例如制動盤。
本發(fā)明可有利地用于雙質(zhì)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(xì)地描述本發(fā)明。附圖表
不
圖1和圖2—個圓環(huán)盤的兩個振動模態(tài)，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(nèi)部與雙質(zhì)量飛輪的
第一盤形件無相對轉(zhuǎn)動地相連接，在徑向外部在軸向預(yù)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(shù)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(huán)盤的稍微立體的視圖，該圓環(huán)盤優(yōu)選構(gòu)造成扁平 的并且具有與其直徑相比小的厚度。圓環(huán)盤20可平面地或拱曲地取向，該 圓環(huán)盤具有內(nèi)徑&和外徑R2。圓環(huán)盤在其內(nèi)徑上被夾緊和固定并且在其外 徑上在徑向預(yù)加載的情況下靠置在一個相對于圓環(huán)盤20同軸心地設(shè)置的圓 柱體的內(nèi)表面上，該圓柱體轉(zhuǎn)動。作為替換方案，也可這樣布置圓柱體 位置固定，圓環(huán)盤轉(zhuǎn)動。
由于徑向預(yù)夾緊而存在處于圓環(huán)盤的平面中的、垂直于該圓環(huán)盤的外 徑的法向力。由于滑動接觸而存在在圓環(huán)盤的切向方向上起作用的切向力。
圓環(huán)盤是一個可被激勵得振動的構(gòu)件，其中，圓環(huán)盤振動的固有模態(tài) 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(biāo)系中的坐標(biāo)，1、 2…，n2=0、 1、 2…，是整數(shù)。
在n-0的情況下的這種模態(tài)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(jié)。尤其是當(dāng)對于每個模態(tài)存在一個具有 相同頻率的"對"^。0^)時出現(xiàn)振動的不穩(wěn)定性，其中， 一個模態(tài)的拱 曲和凹陷恰好處于另一個模態(tài)具有振動波節(jié)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(jié) 線在波腹之間水平延伸。圖2示出了成對的模態(tài)，在該成對的模態(tài)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(jié)線垂直延伸。
如果圓環(huán)盤以根據(jù)圖1和圖2的模態(tài)振動，則在沿著圓環(huán)盤圓周摩擦 接觸的情況下發(fā)生法向力的變化，該變化在振動波腹的區(qū)域中最大，在振 動波節(jié)的區(qū)域中最小。法向力的變化導(dǎo)致切向力變化。切向力的變化影響 成對出現(xiàn)的模態(tài)，由此在成對出現(xiàn)的模態(tài)之間存在反饋耦合。在無阻尼的 情況下，這種模態(tài)不穩(wěn)定。
盤的軸向變形導(dǎo)致法向力發(fā)生周期性變化。由于摩擦，法向力的這種 周期性變化導(dǎo)致切向力發(fā)生周期性變化。切向變化不引起軸向力變化，由 此，系統(tǒng)的剛度矩陣在摩擦情況下不對稱。
機械系統(tǒng)的固有頻率可表示為復(fù)數(shù)，其中，復(fù)數(shù)的虛部表示振動頻率， 實部描述穩(wěn)定性。如果全部固有頻率的實部為負(fù)或等于零，則系統(tǒng)穩(wěn)定。 而出現(xiàn)具有正實部的固有頻率則意味著不穩(wěn)定。
在無阻尼的情況下，具有對稱剛度矩陣的系統(tǒng)穩(wěn)定。這種系統(tǒng)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(fù)固有頻率的分析可研究帶有摩擦 的系統(tǒng)中的穩(wěn)定性。采用Q-R阻尼法模態(tài)分析的ANSYS 10.0是一個程序， 通過該程序可實施這種分析。復(fù)固有頻率的分析不僅可實現(xiàn)定性說明，而 且可實現(xiàn)定量說明。復(fù)固有頻率的實部X的大小表明相應(yīng)的固有模態(tài)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(dá)式A(t)=AQE"，該表達(dá)式表示與時間相關(guān)的振動幅度。入〉0意味著振動 增強、即不穩(wěn)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(guān)，而且與阻尼相關(guān)。在具有接觸摩擦或貼靠摩擦的系統(tǒng)中，阻尼是非穩(wěn)定參 數(shù)，因為阻尼隨著振動頻率及其幅度、摩擦系數(shù)、壓緊力和其它多個因數(shù)
變化。因此，在Q-R阻尼法模態(tài)分析中不可精確地引入阻尼，模態(tài)分析在 不考慮阻尼的情況下進(jìn)行。在無阻尼系統(tǒng)中帶有正號的實部的大小用作不 同固有模態(tài)的不穩(wěn)定性的判據(jù)。
在計算中假設(shè)摩擦系數(shù)為0.5，因為當(dāng)摩擦系數(shù)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(zhuǎn)臺(Drehbank)上試驗時出現(xiàn)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(nèi)被分析處理。
下面對上述思考在其在密封膜片上的應(yīng)用方面進(jìn)行描述，該密封膜片 如在例如DE 100 02 259 Al中所述的雙質(zhì)量飛輪中使用。這種密封膜片是 優(yōu)選金屬的環(huán)形盤，該環(huán)形盤在其內(nèi)部圓周區(qū)域上與雙質(zhì)量飛輪的第一盤 形件例如通過鉚釘剛性連接，該環(huán)形盤從其被鉚接的徑向內(nèi)部區(qū)域起在軸 向上拱曲并且在其徑向外部區(qū)域中在軸向預(yù)夾緊的情況下與雙質(zhì)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(zhuǎn)一個受限制的量。
圖3以俯視圖示出了這樣的情況
用30標(biāo)記構(gòu)成轉(zhuǎn)動構(gòu)件的圓環(huán)狀的密封膜片，該密封膜片在其圓形的 徑向內(nèi)部的區(qū)域32上通過用深色繪入的連接區(qū)域例如鉚釘與未示出的雙質(zhì) 量飛輪的一個盤形件32相連接并且在其徑向外部的區(qū)域34上與雙質(zhì)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(yōu)選軸向預(yù)夾緊，但 也可徑向預(yù)夾緊。在密封膜片中構(gòu)造有窗36，在下面詳細(xì)描述這些窗的任 務(wù)。窗36具有徑向的延伸量ARi，其中，i對應(yīng)于各自的窗，并且具有在圓 周方向上在角度區(qū)域上的延伸量A(pi。圓環(huán)盤20的徑向?qū)挾热≈禐镠。
圖4示出了圖3的布置形式，密封膜片30無窗并且雙質(zhì)量飛輪可總體 上繞轉(zhuǎn)動軸線X轉(zhuǎn)動或密封膜片30可相應(yīng)地繞轉(zhuǎn)動軸線X相對于盤形件 之一轉(zhuǎn)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(biāo)描述固 有振動的頻率，單位為Hz?？v坐標(biāo)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(wěn)定的固有頻率或振動模態(tài)，這些不穩(wěn)定的固有頻率或振動模態(tài)滿足能量交換的上述條件并且 由此構(gòu)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(shè)置有一個 窗36。在優(yōu)化窗的布置和尺寸之后在0至10000Hz的范圍內(nèi)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(jù)圖8設(shè)置兩個窗，則在優(yōu)化這些窗的位置和大小之后根據(jù)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(shè)置三個窗的情況中，根據(jù)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(nèi)可構(gòu)造得完全穩(wěn)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(shù)、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(huán)對稱性，由此使反饋耦合模態(tài)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(gòu)件面的變化，構(gòu)件厚度的變化，單 位面積質(zhì)量的變化，等等。設(shè)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(shù)m:
對于具有循環(huán)數(shù)量-n的循環(huán)對稱構(gòu)件，比例n/m不應(yīng)是整數(shù)。 對于軸向?qū)ΨQ構(gòu)件(n=l)的窗的最小數(shù)量取值為m=2。對于具有循 環(huán)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(jié)果)。窗的最 小數(shù)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?qū)挾?角度范圍)取值應(yīng)大于5。 (Acp>5°)。
每個窗的徑向長度AR取值應(yīng)大于密封膜片的徑向尺寸H的10X。
3. 不對稱布置
假設(shè)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(yīng)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(gòu)型方面構(gòu)造得不對稱。
窗的最佳尺寸一方面不應(yīng)過小，因為對振動特性的待消除的不穩(wěn)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(yīng)過大。窗對 振動特性不穩(wěn)定性的影響應(yīng)通過計算來檢驗。
在確定了窗的數(shù)量之后，優(yōu)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(shù)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(tài)分析或用其它程序中的類似方法實施的數(shù)字研究來進(jìn)行，而且在試 驗臺上通過直接研究聲學(xué)特性來進(jìn)行。
借助于其在一個軸向預(yù)夾緊地安裝的密封膜片上的應(yīng)用描述的根據(jù)本 發(fā)明的方法可在繞軸線旋轉(zhuǎn)的全部構(gòu)件上應(yīng)用，所述構(gòu)件與另一個構(gòu)件以 滑動摩擦的方式接觸，其中，摩擦力可在轉(zhuǎn)動的構(gòu)件的徑向方向或軸向方 向上起作用。盤狀的構(gòu)件的概念在此包括可由盤成形出的罐狀或帽狀的構(gòu) 件。
對成對出現(xiàn)的固有模態(tài)進(jìn)行有目的的干擾已被證實是比迄今常用方法 有效的開發(fā)工具，在這些迄今常用方法中試圖將咯吱噪聲的產(chǎn)生歸因于粘 滑現(xiàn)象。
參考標(biāo)號清單 20 圓環(huán)盤 22 振動波腹 30 密封膜片 32 區(qū)域 34 區(qū)域 36 窗
權(quán)利要求
1. 用于降低繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件上的振動的方法，該盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件以一個相對于該轉(zhuǎn)動軸線同軸心的圓形面與一個配合構(gòu)件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件相對于該配合構(gòu)件轉(zhuǎn)動，在該方法中，這樣構(gòu)造該轉(zhuǎn)動構(gòu)件使得繞該轉(zhuǎn)動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動軸線存在的循環(huán)對稱性受到干擾。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在該方法中，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件沿著圓周方向設(shè)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(shù)量取值為m，其中，n/m不是整數(shù)，n是該轉(zhuǎn)動構(gòu)件的對稱循環(huán)的數(shù)量。
3. 盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件(30)，該盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件在安裝位置中可繞轉(zhuǎn)動軸 線轉(zhuǎn)動并且可以以一個相對于該轉(zhuǎn)動軸線同軸心的圓形面與一個配合構(gòu)件(34)的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件可相對于該配合構(gòu)件 轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件被構(gòu)造得繞其轉(zhuǎn)動軸線的循環(huán)對稱性受到干擾。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的轉(zhuǎn)動構(gòu)件，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件設(shè)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(gòu)造的窗(36)，所述窗的數(shù)量為m，其 中n/m不是整數(shù)，n-該轉(zhuǎn)動構(gòu)件的對稱循環(huán)的數(shù)量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的轉(zhuǎn)動構(gòu)件，其中，所述窗的尺寸滿足下列關(guān)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(zhuǎn)動構(gòu)件在該窗的區(qū)域中的徑向長度的10%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的轉(zhuǎn)動構(gòu)件，其中，對于所述窗的布置適用下列 關(guān)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(jù)權(quán)利要求3至6之一的轉(zhuǎn)動構(gòu)件，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件是雙質(zhì)量飛輪(32) 上的密封膜片(30)，其中，該密封膜片在其徑向內(nèi)部的邊緣區(qū)域或徑向外 部的邊緣區(qū)域上無相對轉(zhuǎn)動地與該雙質(zhì)量飛輪的兩個彼此同軸心地設(shè)置 的、可彼此相對受限制扭轉(zhuǎn)的盤形件之一相連接并且以其徑向外部的邊緣 區(qū)域或徑向內(nèi)部的邊緣區(qū)域彈性預(yù)加載地靠置在這些盤形件的另一個上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于降低繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件上的振動的方法，該盤狀的轉(zhuǎn)動構(gòu)件以一個相對于該轉(zhuǎn)動軸線同軸心的圓形面與一個配合構(gòu)件的配合面以滑動摩擦的方式接觸，該轉(zhuǎn)動構(gòu)件相對于該配合構(gòu)件轉(zhuǎn)動，在該方法中，這樣構(gòu)造該轉(zhuǎn)動構(gòu)件使得繞該轉(zhuǎn)動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動軸線存在的循環(huán)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(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者B·雷日克 申請人:盧克摩擦片和離合器兩合公司