發(fā)動機雙質量飛輪

史文庫 編 著 汽車發(fā)動機自動變速器轉向懸架制動第1章第2章第3章第4章第5章第6章 第7章汽車NVH 發(fā)動機液壓懸置第8章 發(fā)動機雙質量飛輪第9章第10章第11章 車身汽車輕量化智能汽車 第 8章 發(fā) 動 機 雙 質 量 飛 輪 概述雙質量飛輪扭轉減振器的基本功能和要求雙質量飛輪扭轉減振器工作原理雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹8.18.28.38.4 雙質量飛輪是 世紀 年代末在汽車上出現(xiàn)的一種新配置，英文縮寫稱為 ( -)。它對于汽車動力傳動系統(tǒng)的隔振和減振有很大的作用。雙質量飛輪是當前汽車上隔振減振效果最好的裝置。 圖-雙質量飛輪減振器的基本結構 8.1 概述 作為對離合器從動盤式扭轉減振器的繼承和發(fā)展，雙質量飛輪式扭轉減振器的具體結構雖不盡相同，但都應由第一質量、第二質量和扭轉減振器等三部分組成。第一質量與發(fā)動機曲軸輸出端法蘭盤相連接，第二質量通過一個軸承(一般為深溝球軸承)安裝在第一質量上，第二質量上又安裝有離合器殼等。 第一、第二質量之間通過減振器相連，工作時它們之間有相對轉動。圖- 所示為離合器從動盤式扭轉減振器與雙質量飛輪式扭轉減振器結構比較示意圖。 圖-離合器從動盤式扭轉減振器與雙質量飛輪式扭轉減振器結構比較示意圖-第一質量 -減振器 -第二質量 8.2 雙質量飛輪扭轉減振器的基本功能和要求 與傳統(tǒng)離合器從動盤式扭轉減振器相比，效果明顯，具體如下：()傳遞特性。由試驗測定結果可知，雙質量飛輪式扭轉減振器同時達到了減少在發(fā)動機實用轉速區(qū)域內的轉速波動與抑制共振兩個目的。()減少空載噪聲。雙質量飛輪式扭轉減振器減少空載噪聲的效果良好。與傳統(tǒng)的離合器從動盤式扭轉減振器相比，可以大幅度地減少轉速波動，改善空載噪聲。()減少加速時轉速波動。經測試可知雙質量飛輪式扭轉減振器與傳統(tǒng)的離合器從動盤式扭轉減振器相比在改善加速時噪聲方面，大幅度地減少了轉速波動，從而大大地減少了手動變速器的振動。8.2 雙質量飛輪扭轉減振器的基本功能和要求 雙質量飛輪扭轉減振器的優(yōu)點：()可以降低發(fā)動機變速器振動系統(tǒng)的固有頻率fc，以避免發(fā)動機處于怠速時發(fā)生共振。系統(tǒng)固有頻率fc按兩個自由度系統(tǒng)可表達為:()可以加大減振彈簧的安裝半徑，降低減振彈簧剛度，并容許增大轉角。()在變速器中可以采用黏度較低的 號齒輪油而不致產生齒輪沖擊噪聲，并可改善冬季的換擋過程。()可以嘗試著使用其他形式的彈性和阻尼，如液力阻尼、橡膠彈簧等，以期達到最佳減振效果。()改善傳動系統(tǒng)的布置，延長傳動系統(tǒng)零部件壽命。8.2 雙質量飛輪扭轉減振器的基本功能和要求21 21 )(21 JJ JJKfc 雙質量飛輪扭轉減振器的缺點：()結構較離合器從動盤式復雜，加工制造困難且成本高。()減振彈簧分布半徑增大，在發(fā)動機高速轉動下，彈簧徑向的離心力和切向的變形量增加，使彈簧的磨損加劇。原因如下：()由于飛輪上靠近中心的位置用于安裝與曲軸法蘭盤連接的螺栓和支撐第二質量的軸承了，因此減振器彈簧在徑向上向外移動了一定距離，使分布半徑變大，因而，在同樣的轉速下意味著彈簧要承受更大的離心力。()在同樣的轉速下，由于半徑增大，彈簧在切向上的運動量也會加大，這也會加大彈簧的磨損速度。()為了適應雙質量飛輪式扭轉減振器的功能要求,雙質量飛輪式扭轉減振器要吸收更大的轉速波動,這也會導致彈簧運動量加大而加速彈簧的磨損。8.2 雙質量飛輪扭轉減振器的基本功能和要求 雙質量飛輪式扭轉減振器的實質在于:一方面由彈簧扭轉減振系統(tǒng)，來吸收發(fā)動機輸出轉矩中所包含的變動轉矩成分，將平均化的轉矩傳遞給變速器，衰減扭轉與振動有關的振動和噪聲;另一方面，通過將飛輪分成不同質量的兩塊，使整個動力傳動系統(tǒng)的固有頻率大大降低，從而使發(fā)動機的工作轉速范圍避開共振區(qū)。8.3 雙質量飛輪扭轉減振器工作原理 圖-雙質量飛輪扭轉系統(tǒng)物理模型 整體型飛輪的扭轉特性分析如下。建立如下的受迫振動微分方程組：由上面的振動方程組可以很容易得出整體型飛輪的扭轉振動的角振幅頻率響應關系式：8.3 雙質量飛輪扭轉減振器工作原理 t tTI sinsin1 10 201 1IT 根據(jù)雙質量飛輪式扭轉減振器的扭轉系統(tǒng)簡化模型，可以對其建立出如下的系統(tǒng)受迫振動微分方程組：可以推導出下面的雙質量飛輪式扭轉減振器扭轉振動的角振幅頻率響應關系式：8.3 雙質量飛輪扭轉減振器工作原理 tt CKI tTCKI sinsin )()( sin)()(22 11 121222 212111 )()( 222212 jcKjcIKjcIK jcKT 與采用整體型飛輪相比，采用雙質量飛輪式扭轉減振器對降低動力傳動系的扭轉振動有著十分顯著的效果。通過對雙質量飛輪式扭轉減振器的扭轉特性進行最佳的選擇和優(yōu)化，確定其相應的結構性能參數(shù)，可以使發(fā)生扭轉共振現(xiàn)象時的發(fā)動機轉速下降到實際使用的工作轉速范圍以下，也即是發(fā)動機怠速轉速范圍以下，從而確保雙質量飛輪式扭轉減振器對發(fā)動機的變動轉矩的激勵達 到較理想的吸收能力。 圖-兩種減振器輸出端的扭轉幅值比較 8.3 雙質量飛輪扭轉減振器工作原理 圖-雙質量飛輪扭轉減振器的分類 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 周向長弧形螺旋彈簧雙質量飛輪(-)：周向長弧形螺旋彈簧雙質量飛輪(-)是目前世界上最具有代表性的雙質量飛輪，由德國 公司于 年研制。 其彈性機構一般為兩組或三組周向長弧形螺旋彈簧，如圖- 所示。兩飛輪之間具有較大相對轉角(一般可達，甚至)，較好地解決了在有限設計空間內實現(xiàn)減振器低扭轉剛度的問題，是發(fā)展過程中的一次突破?；?形螺旋彈簧的設計和制造是 減振器設計中的關鍵和難點。 圖- 的結構圖 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 由于汽車運行工況十分復雜，通常有起動、怠速、加速、行駛、減速以及熄火，同時有效隔離各種工況下的扭振傳遞非常困難。為滿足上述多種工況的隔振要求，需要- 減振器具有多級扭轉剛度。常見的實現(xiàn)多級彈性特性的方案是將不同直徑、不同弧長的長弧形螺旋彈簧進行內外嵌套。也有在傳力板上安裝內置減振器與長弧形螺旋彈簧一起構成多級彈性特性。帶內置減振器的- 能明顯增加兩飛輪之間的相對轉角(圖 -)，具有更好的隔振性能。 圖-帶內置減振器的- 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 離心擺式雙質量飛輪：離心擺與- 減振器巧妙地結合在一起，形成離心擺式- 減振器，如圖-所示。 這種結構的雙質量飛輪有兩種實現(xiàn)方案：一種是將離心擺安裝在第一飛輪上，另一種是將離心擺安裝在第二飛輪上。 圖-離心擺式- 減振器 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 周向短彈簧雙質量飛輪(-)：周向短彈簧雙質量飛輪扭轉減振器較多地沿用傳統(tǒng) 扭轉減振器的概念，如圖- 所示。為保證傳遞足夠大的轉矩，通常由多組彈簧共同工作，每組中的直螺旋彈簧借助于滑塊和彈簧帽串聯(lián)而成。為獲得良好的非線性特性，通常將彈簧剛度設計得不同，起作用的時間也不一樣，以滿足減振器在各種工況下的需要。 圖8-9 - 的結構 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 DMF-CSS減振器的主要特點在于其特殊的彈性機構，可通過彈簧帽和滑塊位置、彈簧個數(shù)和組合方式等多種手段進行調諧，更靈活地實現(xiàn)多級非線性彈性特性。ZF Sachs公司還生產出較復雜的行星齒輪機構的DMF-CSS減振器，如圖8-10所示。DMF-CSS減振器的缺點是:結構復雜、零件數(shù)目多，生產和裝配困難，零件的制造精度要求較高。 圖8-帶行星齒輪的- 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 徑向雙質量飛輪(-)：徑向雙質量飛輪扭轉減振器的結構特點在于減振彈簧為直彈簧，分組安裝在由減振器側板、從動板組成的沿飛輪徑向的彈簧室中，其側板和從動板通過兩個傳動銷分別與飛輪的第一質量、第二質量相連，如圖- 所示。 圖- 及彈簧室-第二飛輪.-第一飛輪.-彈簧室.-彈簧室細節(jié) 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 橡膠彈簧雙質量飛輪(-)：橡膠彈簧雙質量飛輪用橡膠彈簧替代鋼絲螺旋彈簧。由于橡膠的非線性彈性特性和自身的阻尼，使得減振器的彈性特性更為合理，結構更為簡化。 缺點主要是橡膠易老化，工作壽命有限，且長時間工作后，橡膠發(fā)熱，阻尼力下降。圖- 所示為- 的結構剖視圖。 圖-橡膠彈簧 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 空氣阻尼雙質量飛輪(-)：空氣阻尼雙質量飛輪通常多采用干摩擦阻尼或黏性阻尼，而- 采用空氣阻尼來實現(xiàn)減振， 通常由三組行駛級彈簧和三組怠速級彈簧交叉布置，如圖- 所示。其中每組怠速級彈簧由兩個端頭、中間柱狀橡膠塊及兩個彈簧組成，端頭與柱狀橡膠塊形成封閉腔室，傳遞轉矩時封閉腔室受壓，空氣經端頭中間的排氣孔排出，起到阻尼的作用。 圖-空氣阻尼 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 液力雙質量飛輪(-)：液力雙質量飛輪基本原理為:油路連接飛輪第一、第二質量，液壓泵驅動油液傳遞動力，在不同的工況下，各閥體處于不同的工作狀態(tài)，控制阻尼的大小，利用減振彈簧室來平緩轉矩波動，并由彈簧室大小控制極限轉角。- 的性能優(yōu)良，結構緊湊，但加工制造成本較高，控制系統(tǒng)復雜。 如圖- 所示。 圖-液力阻尼 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 帶有怠速減振級的雙質量飛輪扭轉減振器：為使減振器在各種不同工況下均能很好地工作，在采用短輕彈簧的減振器中，人們常將彈簧分組，各組彈簧剛度不一樣，起作用的時間也不一樣，從而獲得良好的非線性特性。帶有怠速減振級的減振器將先起作用的一組彈簧剛度設計成很低，專門用于減緩怠速時的噪聲（圖8-15)。按其與摩擦阻尼元件的連接方式還可分串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。前者的實際使用效果更好些，但結構復雜，設計和布置更難。 圖-帶有怠速減振級的 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 采用限制彈簧位置的措施：為從根本上解決彈簧磨損問題，最好的辦法是將彈簧與窗口隔開，使兩者根本不能發(fā)生滑磨，這樣既可使減振器彈簧壽命大為提高，可靠性也較好。具體控制措施有:在彈簧的中間安裝可滑動式彈性支持架;采用變螺距減振彈簧，并安裝保持架，有些還加裝小型動力吸振器，這樣既減輕了振動和噪聲，還可獲得變剛度特性;設置長的彈簧支座，使其具有彈簧導桿的作用，借以限制彈簧的位置，如圖8-16所示。 圖-采用限位措施的 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 基于形狀約束的雙質量飛輪(周向短弧)：在原結構及基本參數(shù)不變的條件下，具有更大的反抗轉矩，對原半徑及。的圓弧段采用適當修正曲線，使形狀改變后初級飛輪對彈簧座的約束反力方向偏轉，則在不改變原來結構基本參數(shù)的條件下，可增大彈簧座對初級飛輪的作用力，從而達到非線性增大反抗轉矩的作用，實現(xiàn)了所追求的低轉速小轉矩的柔性和高轉速高反抗轉矩大剛度的設計目的，如圖8-17所示。 圖-基于形狀約束的 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 磁流變液雙質量飛輪：為實現(xiàn)雙質量飛輪阻尼的可控可調，結合磁流變液在磁場作用下流變特性可瞬間發(fā)生變化的特性，在普通雙質量飛輪上并聯(lián)一個含磁流變液的阻尼裝置，設計出新型的扭轉減振器磁流變液雙質量飛輪，可通過改變線圈電流產生的磁場實現(xiàn)雙質量飛輪阻尼的可控可調。磁流變液雙質量飛輪的基本結構及工作原理如圖8-18 所示。 圖-磁流變液雙質量飛輪-內轉子連接軸，-曲軸端連接孔，-軸承，-鉚釘，-第一質量，-傳力板，-弧形彈簧，-導向滑槽，-轉速傳感器測點，-起動齒圈，-齒圈，-離合器摩擦面，-磁軛，-勵磁線圈，-隔磁圈，-隔磁環(huán)，-外轉子，-注液孔，-內轉子，-磁流變液，-密封圈，-隔磁環(huán)，-支撐軸承圖 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 多級雙質量飛輪：工作過程簡單描述為：發(fā)動機起動時帶動初級飛輪轉動，壓縮彈簧座(或者)，然后通過三組彈簧的傳遞把動力傳遞到彈簧座(或者)帶動從動盤及次級飛輪。 圖-多級雙質量飛輪結構和剛度突變曲線-初級飛輪，、-彈簧座，、-減振彈簧，-起動齒圈，-從動盤 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 采用傳力板限位裝置的雙質量飛輪：次級飛輪組件包括傳力板，前殼體與傳力板之間設置有限位裝置，如圖8-20所示。當初級飛輪組件與次級飛輪組件產生較大角位移時，那么限位裝置能夠阻止傳力板繼續(xù)轉動，當前殼體與傳力板之間產生過大轉角，那么限位裝置能夠阻止傳力板繼續(xù)轉動，限制前殼體與傳力板之間產生過大的轉角，避免彈簧產生過大轉角，從而避免彈簧承受過大的轉矩，在一 定程度上延長了彈簧的使用壽命，延長力彈簧使用的耐久性。 圖-采用傳力板限位裝置的-前殼體，-傳力板，-限位孔，-限位銷，-彈簧 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 設有阻尼系統(tǒng)的雙質量飛輪：如圖- 所示，在驅動盤的前后分別連接有阻尼片，阻尼片 及阻尼片 的外援端部分分別設有卡扣，兩阻尼片分別通過卡扣卡在驅動盤上。阻尼片與驅動盤之間設有金屬彈簧片。 圖-設有阻尼系統(tǒng)的-阻尼片，-另一阻尼片，-驅動盤，-金屬彈簧片 初級蓋板，-初級飛輪 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 連續(xù)變剛度高轉矩雙質量飛輪：基于形狀約束的連續(xù)變剛度高轉矩雙質量飛輪，該雙質量飛輪可獲得隨扭轉角增加而轉矩特性非線性增大的連續(xù)變剛度的良好特性和結合摩擦特性，降低和吸收扭轉振動對變速器的沖擊。在滿足相同最大轉矩的條件下，在小扭轉角時更具有柔性，同時其減振彈簧承受的載荷更小，扭轉角可設計得更大，進一步提高抗沖擊的緩沖能力。 圖-連續(xù)變剛度高轉矩-起動齒圈，-初級飛輪，-次級飛輪，-第一彈簧座，-第二彈簧座，-減振彈簧，-凸塊，-弧形過渡曲面，-弧形過渡曲面，-減振器容置腔 8.4 雙質量飛輪式扭轉減振器的結構介紹 謝 謝 觀 看 ！