20070403262_张辉远_汽车发动机曲轴扭振减振器设计.docVIP

1 前言 1.1 课题研究背景及意义 传动系扭转振动是汽车的主要振动形式之一, 会直接影响到汽车零部件的使用寿命和汽车的乘坐舒适性。一些汽车新技术的应用(如轻量化、柴油发动机在轿车上的推广和低转速大扭矩发动机的应用等)使得限制扭振减振变得愈发困难。传统的汽车扭振减振措施是在离合器从动盘上安装扭振减振器，简称CTD 。由于离合器从动盘受其空间尺寸的限制，弹性元件刚度大、减振器相对转角小、设计尺寸小,从而使得CTD振动传递率较大, 隔振效果很差，尤其是在低速区几乎没有明显的隔振作用。由于自身的不足, CTD很难满足人们日渐提高的乘坐舒适性的要求, 最典型的取而代之的扭振减振器是双质量飞轮式扭振减振器(简称DMF)。所说的DMF,就是将发动机飞轮分成两部分, 并在中间用扭转减振器连接。这样, 扭转减振器弹性元件和阻尼元件便可以布置在较大的空间内, 因此减振器相对转角较大, 可以将刚度设计得很小,发动机传递到变速箱上的扭振波动便被有效的隔离了。 1.2扭振减振器在国内外的发展现状 DMF扭转减振器诞生于上世纪八十年代中期, 因为其克服了CTD扭转减振器的不足之处, 因此有效地降低传动系的扭转振动, 使汽车的减振降噪技术有了一个质的飞跃。 1984年,日本一家汽车公司在一款涡轮增压柴油机汽车上首次安装了DMF。该公司装备的双质量飞轮扭振减振器基本沿用离合器从动盘式扭转减振器的形式,但是它的采用成为双质量飞轮式扭振减振器发展史上的起点。第二年底,德国宝马公司将DMF装备在宝马324D上, 该车当时被誉为世界上最安静的柴油车。随后, 宝马公司推出的系列车型上相继采用DMF并获得用户的广泛认可。一直到上世纪90年代,国外DMF研制的产品已基本趋于成熟,在期间有大量的专利产品和专业研究论文出现, DMF的产量也急剧增长。 在我国国内也颇为重视对DMF减振器的研究, 早在十年之前,一些高校、汽车公司以及科研单位就开始在DMF领域进行探索和研究,这为DMF国产化奠定了理论基础。因为DMF对平衡精度要求较高的原因,各零件的配合精度、同轴度及尺寸公差要求较为严格,但是受制造加工水平和一些关键工序的限制,迄今为止DMF在国内还没有进入批量生产阶段。现在被装配于国内中高档轿车的DMF,几乎都是从国外进口。 1.3 本课题的主要研究内容 本课题对汽车发动机曲轴扭振减振器做了以下研究： 1）分析了汽车发动机曲轴扭振减振器转动惯量、扭转刚度及阻尼等系统参数对减振性能的影响。 2）建立了汽车发动机曲轴扭振减振器等效阻尼的解析表达式，就怠速工况与行驶工况下动力传动系统的特性构建了相应的等效力学模型。 3）对扭振固有特性进行了分析，并设计此减振器。 2 基本结构和工作原理 2.1 基本结构 双质量飞轮式减振器突破了传统离合器从动盘式减振器的空间布局形式，将扭振减振器从空间尺寸局限性大的离合器从动盘处转移至发动机飞轮处，从而为减振器结构的改进提供了可行空间（图2.1）。DMF的扭转弹簧可以获得较大的分布半径，增加减震器的工作转角，降低扭转刚度；还可以通过重新分配减振器两侧飞轮的转动惯量调整系统固有频率，这些都为汽车动力传动系统扭转振动的综合控制创造了有利条件。 图2.1 双质量飞轮式减振器布局及结构 双质量飞轮式扭振减振器主要由第一飞轮、第二飞轮和两飞轮之间的减振器三部分组成。带有启动齿圈的第一飞轮与发动机曲轴输出法兰盘相连接，第二飞轮通过轴承安装在第一飞轮上，第二飞轮又安装有离合器壳、压盘等。第一飞轮和第二飞轮之间的减振器是由弹性机构和阻尼机构组成，通过弹性机构的传动实现两飞轮的相对转动并传递扭矩，同时与阻尼机构一起缓冲减振降噪。双质量飞轮式扭振减振器就像一个低通机械滤波器一样, 它通过重新分配弹性机构两侧的转动惯量并引入阻尼元件和低刚度环节, 实现对汽车动力传动系统扭转振动的综合控制, 使得发动机扭矩波动对动力传动系的影响得到降低, 并将汽车扭振噪声减小的一定程度,因此汽车的乘坐舒适性得到了改善。 减振器的主要结构特点在于其特殊的弹性机构，如图2.2。该弹性机构由两个组合弹簧组成, 弹簧被布置在弹簧盖盘和第一飞轮形成的弹簧室内，并由驱动盘并联起来。每一个组合弹簧都是由分布半径相同的4个直螺旋弹簧通过弹簧帽和滑块串联而成, 各个组合弹簧中对应零件有相同的结构参数和布置参数。组合弹簧中的滑块和弹簧帽是弹性机构组件中的重要零件, 它们是组合弹簧的导向件和滑动支架, 同时也能起到限位的作用, 从而使得直螺旋弹簧沿圆周方向传递力成为可能, 这样每个组合弹簧便可以相当于一个长弧形弹簧。弹簧帽和滑块是实现减振器弹性特性分级的必要条件，因为它们既可防止弹簧与第一质量直接接触, 又可限制每个弹簧的最大压缩量。具体来说, 当减振器扭转角增大到使得第一级弹簧两侧的滑块和弹簧帽接触时, 这