第8章 發(fā)動機雙質(zhì)量飛輪

1、2021-10-29史文庫 編 著2021-10-29汽車發(fā)動機自動變速器轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)量飛輪概述雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的基本功能和要求雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器工作原理雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹8.18.28.38.4雙質(zhì)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(zhì)量飛輪是當前汽車上隔振減振效果最好的裝置。圖-雙質(zhì)量飛輪減振器的基本結(jié)構(gòu)8.1概述作為對離合器從動盤式扭轉(zhuǎn)

2、減振器的繼承和發(fā)展，雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的具體結(jié)構(gòu)雖不盡相同，但都應由第一質(zhì)量、第二質(zhì)量和扭轉(zhuǎn)減振器等三部分組成。第一質(zhì)量與發(fā)動機曲軸輸出端法蘭盤相連接，第二質(zhì)量通過一個軸承(一般為深溝球軸承)安裝在第一質(zhì)量上，第二質(zhì)量上又安裝有離合器殼等。 第一、第二質(zhì)量之間通過減振器相連，工作時它們之間有相對轉(zhuǎn)動。圖- 所示為離合器從動盤式扭轉(zhuǎn)減振器與雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器結(jié)構(gòu)比較示意圖。圖-離合器從動盤式扭轉(zhuǎn)減振器與雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器結(jié)構(gòu)比較示意圖-第一質(zhì)量 -減振器 -第二質(zhì)量8.2雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的基本功能和要求與傳統(tǒng)離合器從動盤式扭轉(zhuǎn)減振器相比，效果明顯，具體如下：()傳遞特性。由試驗測

3、定結(jié)果可知，雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器同時達到了減少在發(fā)動機實用轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動與抑制共振兩個目的。()減少空載噪聲。雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)減振器相比，可以大幅度地減少轉(zhuǎn)速波動，改善空載噪聲。()減少加速時轉(zhuǎn)速波動。經(jīng)測試可知雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器與傳統(tǒng)的離合器從動盤式扭轉(zhuǎn)減振器相比在改善加速時噪聲方面，大幅度地減少了轉(zhuǎn)速波動，從而大大地減少了手動變速器的振動。8.2雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的基本功能和要求雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)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

4、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(zhuǎn)角。()在變速器中可以采用黏度較低的 號齒輪油而不致產(chǎn)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(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的基本功能和要求2121)(21JJJJKfc雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的缺點：()結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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

5、法蘭盤連接的螺栓和支撐第二質(zhì)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(zhuǎn)速下意味著彈簧要承受更大的離心力。()在同樣的轉(zhuǎn)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的功能要求,雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器要吸收更大的轉(zhuǎn)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(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的基本功能和要求雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的實質(zhì)在于:一方面由彈簧扭轉(zhuǎn)減振系統(tǒng)，來吸收發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩中所包含的變動轉(zhuǎn)矩成分，將平均化的轉(zhuǎn)矩傳遞給變速器，衰減扭轉(zhuǎn)與振動有關(guān)的振動和噪聲;另一方面，通過將飛輪分成

6、不同質(zhì)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(zhuǎn)速范圍避開共振區(qū)。8.3雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器工作原理圖-雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)物理模型整體型飛輪的扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)振動的角振幅頻率響應關(guān)系式：8.3雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器工作原理ttTIsinsin1102011IT根據(jù)雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的扭轉(zhuǎn)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器扭轉(zhuǎn)振動的角振幅頻率響應關(guān)系式：8.3雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器工作原理ttCKItTCKIsinsin)()(s

7、in)()(221112122 221211 1)()(222212jcKjcIKjcIKjcKT與采用整體型飛輪相比，采用雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器對降低動力傳動系的扭轉(zhuǎn)振動有著十分顯著的效果。通過對雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的扭轉(zhuǎn)特性進行最佳的選擇和優(yōu)化，確定其相應的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，可以使發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振現(xiàn)象時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降到實際使用的工作轉(zhuǎn)速范圍以下，也即是發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速范圍以下，從而確保雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器對發(fā)動機的變動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)幅值比較8.3雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器工作原理圖-雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的分類8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹周向長弧形

8、螺旋彈簧雙質(zhì)量飛輪(-)：周向長弧形螺旋彈簧雙質(zhì)量飛輪(-)是目前世界上最具有代表性的雙質(zhì)量飛輪，由德國 公司于 年研制。 其彈性機構(gòu)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(zhuǎn)角(一般可達，甚至)，較好地解決了在有限設(shè)計空間內(nèi)實現(xiàn)減振器低扭轉(zhuǎn)剛度的問題，是發(fā)展過程中的一次突破。弧形螺旋彈簧的設(shè)計和制造是 減振器設(shè)計中的關(guān)鍵和難點。圖- 的結(jié)構(gòu)圖8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)剛度。常見的實現(xiàn)

9、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(nèi)外嵌套。也有在傳力板上安裝內(nèi)置減振器與長弧形螺旋彈簧一起構(gòu)成多級彈性特性。帶內(nèi)置減振器的- 能明顯增加兩飛輪之間的相對轉(zhuǎn)角(圖-)，具有更好的隔振性能。圖-帶內(nèi)置減振器的-8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹離心擺式雙質(zhì)量飛輪：離心擺與- 減振器巧妙地結(jié)合在一起，形成離心擺式- 減振器，如圖-所示。 這種結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹周向短彈簧雙質(zhì)量飛輪(-)：周向短彈簧雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器較多地沿用傳統(tǒng)

10、 扭轉(zhuǎn)減振器的概念，如圖- 所示。為保證傳遞足夠大的轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹DMF-CSS減振器的主要特點在于其特殊的彈性機構(gòu)，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(diào)諧，更靈活地實現(xiàn)多級非線性彈性特性。ZF Sachs公司還生產(chǎn)出較復雜的行星齒輪機構(gòu)的DMF-CSS減振器，如圖8-10所示。DMF-CSS減振器的缺點是:結(jié)構(gòu)復雜、零件數(shù)目多，生產(chǎn)和裝配困難，零件的

11、制造精度要求較高。圖8-帶行星齒輪的-8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹徑向雙質(zhì)量飛輪(-)：徑向雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)特點在于減振彈簧為直彈簧，分組安裝在由減振器側(cè)板、從動板組成的沿飛輪徑向的彈簧室中，其側(cè)板和從動板通過兩個傳動銷分別與飛輪的第一質(zhì)量、第二質(zhì)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹橡膠彈簧雙質(zhì)量飛輪(-)：橡膠彈簧雙質(zhì)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(jié)構(gòu)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

12、發(fā)熱，阻尼力下降。圖- 所示為- 的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖-橡膠彈簧8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹空氣阻尼雙質(zhì)量飛輪(-)：空氣阻尼雙質(zhì)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(zhuǎn)矩時封閉腔室受壓，空氣經(jīng)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹液力雙質(zhì)量飛輪(-)：液力雙質(zhì)量飛輪基本原理為:油路連接飛輪第一、第二質(zhì)量，液壓泵驅(qū)動油液傳遞動力，在不同的工況下，各閥體處于

13、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(zhuǎn)矩波動，并由彈簧室大小控制極限轉(zhuǎn)角。- 的性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹帶有怠速減振級的雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)復雜，設(shè)

14、計和布置更難。圖-帶有怠速減振級的8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)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(shè)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹基于形狀約束的雙質(zhì)量飛輪(周向短弧)：在原結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)不變的條件下，具有更大的反

15、抗轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，則在不改變原來結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)矩的作用，實現(xiàn)了所追求的低轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)矩的柔性和高轉(zhuǎn)速高反抗轉(zhuǎn)矩大剛度的設(shè)計目的，如圖8-17所示。圖-基于形狀約束的8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹磁流變液雙質(zhì)量飛輪：為實現(xiàn)雙質(zhì)量飛輪阻尼的可控可調(diào)，結(jié)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(zhì)量飛輪上并聯(lián)一個含磁流變液的阻尼裝置，設(shè)計出新型的扭轉(zhuǎn)減振器磁流變液雙質(zhì)量飛輪，可通過改變線圈電流產(chǎn)生的磁場實現(xiàn)雙質(zhì)量飛輪阻尼的可控可調(diào)。磁流變液

16、雙質(zhì)量飛輪的基本結(jié)構(gòu)及工作原理如圖8-18所示。圖-磁流變液雙質(zhì)量飛輪-內(nèi)轉(zhuǎn)子連接軸，-曲軸端連接孔，-軸承，-鉚釘，-第一質(zhì)量，-傳力板，-弧形彈簧，-導向滑槽，-轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子，-注液孔，-內(nèi)轉(zhuǎn)子，-磁流變液，-密封圈，-隔磁環(huán)，-支撐軸承圖8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹多級雙質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)和剛度突變曲線-初級飛輪，、-彈簧座，、-減振彈簧，

17、-起動齒圈，-從動盤8.4雙質(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹采用傳力板限位裝置的雙質(zhì)量飛輪：次級飛輪組件包括傳力板，前殼體與傳力板之間設(shè)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(chǎn)生較大角位移時，那么限位裝置能夠阻止傳力板繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當前殼體與傳力板之間產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)角，那么限位裝置能夠阻止傳力板繼續(xù)轉(zhuǎn)動，限制前殼體與傳力板之間產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)角，避免彈簧產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)角，從而避免彈簧承受過大的轉(zhuǎn)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(zhì)量飛輪式扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)介紹設(shè)有阻尼系統(tǒng)的雙質(zhì)量飛輪：如圖- 所示，在驅(qū)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(shè)有卡扣，兩阻尼片分別通過卡扣卡在驅(qū)動盤上。阻尼片與驅(qū)動盤之間設(shè)有金屬彈簧片。圖-設(shè)有阻尼系統(tǒng)的-阻尼片，-另一阻尼片，-驅(qū)動盤，-金屬彈簧片 初級蓋板，-初級飛輪8.4雙質(zhì)