（机械设计及理论专业论文）双离合器双液力变矩器柔性飞轮的特性研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 双离合器双液力变矩器两体式柔性飞轮是一种采用两个挠性体结构的新型飞 轮，以解决传统一体式挠性盘飞轮存在的易产生裂纹、变形、破碎等缺陷，且对 于降低整车传动的横向( 轴向) 振动、缓解传动系的冲击等方面都发挥着非常良 好效果，其设计的合理性直接影响到汽车的舒适性和零部件工作的可靠性，因此， 双离合器双液力变矩器柔性飞轮的特性研究具有重要的意义。 论文对双离合器双液力变矩器两体式柔性飞轮的国内外发展现状及发展趋势 进行了研究，对两体式柔性飞轮的关键部件进行校核计算，进一步利用有限元分 析技术对柔性飞轮的设计问题展开了研究，提出并探讨了基于理论计算和有限元 分析的双离合器双液力变矩器柔性飞轮的设计与优化的方法和模式，同时应用此 方法和模式对某公司的一款双离合器双液力变矩器两体式柔性飞轮进行了具体的 分析、设计和优化，并对结果进行了试验验证，为该类产品的设计提供了可行的 设计与分析方法的依据。论文的主要研究内容包括一下几个部分： 对双离合器双液力变矩器柔性飞轮关键部件，如起动齿圈、圆柱直齿渐开 线花键、螺栓等进行了理论分析，关键部分的强度都符合设计要求。 为验证双离合器双液力变矩器柔性飞轮的结构设计的合理性，以及探讨柔 性盘对整体飞轮的减振作用。应用p r 0 e n 百n e e r 软件建立了双离合器、双液力变矩 器柔性飞轮的三维实体模型，在此基础上利用a n s y sw b r k b e n c h 软件对一体式飞 轮和两体式飞轮总成分别进行了结构强度应力分析、模态分析和谐响应分析，确 定两体式飞轮总成的优势。 挠性板是飞轮总成中的重要部件，其轴向刚度直接影响飞轮的轴向减振特 性，在满足刚度和强度的条件下，应使挠性板具有一定的轴向柔性而总成的轴向 振幅较小，通过改变挠性板的外部型线，利用a n s y sw b r k b e i l c h 软件对曲线进行 分析，获得具有“理想特性”的结构型线，实现所要求的动力学特性，并经试验验证 其分析方法的正确性和产品结构的合理性。 针对新型设计开发w i i l d o w s 环境下的双离合器双液力变矩器两体式柔性飞 轮计算机辅助设计软件系统，所开发双离合器双液力变矩器两体式柔性飞轮的软 件系统已被企业应用”。 论文所优化后的双离合器双液力变矩器两体式柔性飞轮，结构新颖，是一种既满 足强度条件又满足动力学特性的结构形式，相对于传动一体式飞轮与优化前的两体式 飞轮，新型的双离合器双液力变矩器两体式柔性飞轮具有更好的减振效果。 关键词：飞轮，有限元方法，o p t i m a ld e s i 盟，p r o e n g i n e e r 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t d u a l c l u t c h 仃趾s m i s s i o na n dd o u b l e n b i n e 唧ec o n v e n e r sf l e x i b l ef l y w h e e li s m en e w l yd e v e l o p e dt y p e 讲l i c hh a sa p p l i e d 也ed e s i 印o fa 锕o - b o d yf l 唧l a t ei no r d e r t os 0 1 v em e 廿a d i t i o n a lo n e - p i e c en e x i b l ef l y w h e e li sj c l a w e db ye a s yg e i l e r a t i o nc r a c k ， d e f o m a t i o n ，b r o k 锄a n ds oo n ，趾di t h a sav e r yg o o de 毹c to nr e d u c i n gt 1 1 e 仃a n s m i s s i o no f 也e 仃a n s v e r s e 访b r a t i o na n da l l 耐a t i n g 也ei m p a c to ft l l e 仃a n s m i s s i o n t l l er 撕o n a l i t yo ft 1 1 ed e s i 盟d i r e c t l ya 跣c t s 也ev e h i c l ec o m o n 锄dm er “a b i l 埘o ft l l e w o d d n gp 砒s t 1 1 e r e f o r e ，r e s e a r c ：h i n go nc h a r a c t 舐s t i co fd u a l 一d u t c h 仃a n s m i s s i o na i l d d o u b l e - t i b i n et o r q u ec o n v e n e r s 佃o - b o d yn e x i b l ef l ，h h a l s 也e 、，i t a ls i 盟i 6 c a l l c e t h ec 1 盯锄td e v e l o p m e n ts 觚sa n dd e v d o p m e n t 乜c = i l do f 也ed u a l c l u t c h 咖1 s m i s s i o na n dd o l i b l e t u r b i n et o r q u ec o n v c n e r sf l e x i b l en ”油e e la r cs y s t e m a t i c a l l y r c s e 砌e d ，a n dm ek e yp a r t so f 缸e n s i t ) ，e x 锄i n a t i o nc o m p u t a t i o ni nn l e 押o - b o d y n ”沌e e lh a v eb e e nc o m p l e t e d t l d u g l lr e s e 种c h i n gm ei s s u eo ft h ef l e x p l a t e sd e s i 印 b yt 1 1 e 如m l 盯u s eo fm ef e m ( f i n i t ee 1 e m e n tm e m o d ) a n a l y s i st e d l i l 0 1 0 9 y ，p r o p o s e s a n dd i s c u s s e sm ed e s i g na 1 1 do p t i m i z a t i o nm e m o da i l dm o d eo fd u a l 一d u t c h 衄1 s m i s s i o n a i l dd o u b l e t u 】r b i l l et o r q u ec o n v e n e r sn e x i b l ef 1 ”m e e lb a s e do nm c o r 舐c a lc a l c u l a t i o n 锄df e a ( f i n i t ee 1 e m e n ta n a l y s i s ) ，a n dm em 甜1 0 da i l dm o d ei su s e di nm ec o n c r e t e a 1 1 a l y z e ，d e s i g na n do p t i m i z a t i o no fm eh ed u a l - c l u t 6 h 胁s m i s s i o na i l dd o u b l e - t u r b i n e t o r q u e c o n v e n e r s t 、) l ，o - b o d y n e x i b l e f l ”h 耐 t h ec a l c u l a t i o ni sv 嘶f i e db y e x p 耐m e n t sw h i c hp r o v i d e st h eb 撕so ff e a s i b l ed e s i 弘a n da 1 1 a l y s i sm e l h o df o rt l l e d e s i g no f m i s1 【i n do f p r o d u c t s t h em a i nr e s e a r d la sf o l l o w s ： t h ep 印e ra l s om e o r e t i c a l l ya n a l y z e sh ek e yp 硪so fd u a l - c l u t c h 仃姐s m i s s i o n a n dd o u b l e t u r b i n et o r q u ec o n v e r t c r sf l e x i b l en y w h e e l ，s u c ha ss t a n e rg e a rr i m ， i n v o l u t ec y l i n 血c a ls p l i n e ，b o l ta n ds oo n c o n s p o n d i n g3 dm o d e l m go fm ed u a l 一c l u t c h 仃a n s m i s s i o na n dd o u b l e t u r b i n e t o r q u ec o n v e r t e r sn e x i b l en y w h e e lh a sb e e nc o n s t m c t e db yv i r t u eo fm es o 缸w a r e p r o e n g i i l e a 1 1 d 丘l n h e rc o m p 删i v ea i l a j y s i sb e 觚e e no n e - b o d yn ”沌e e la n d 觚o - b o d yn y w h e c lh a sb e e ns t u d i o di nt 锄so fs 仃u c t u | a 1s t r e s s ，m o d a l ，a n dh 锄o n i c b ym e6 n i t ee l e m e i l ts o 胁a r ea n s y sw o r k b e n c h ，s ot l l a t i tc 锄v a l i d a t e st h e r a 畸o n a l i t ) ，o fm ed e s i g no fm es m l c t u r eo fd u a l - c l u t c h 衄1 s m i s s i o na n dd o l i b l e t u f b i n e t o r q u ec o n v c n e r sn e x i b l en y w h 耐，a i l di d e n t i f i e sm et 、) l ，o - b o d yn y w h e e l sa d v a n t a g e s 1 1 1 en e x p l a t ei s a 1 1i m p o r t 锄tp a no ft h ef l ，h e e la u s s 锄b l y ，i t sa x i a ls t i 衄e s s i i d i r e i c t l yi 1 1 丑u e n c em ea x i a lv i b r a t i o nr e d u 鲥o nc h 硼l c t 甜s t i c s u n d e rt h ec o n d i t i o no f s 撕s 助n gi n t c i l s n ya n dr i 百d i 以t 1 1 en e x p l a t es h o u l dm a l 【eac e n a i na ) 【i a ln e x i b i l i 眦 w l l i l et 1 1 e a x i a l 锄p l i t u d eo fa s s e m b i ys h o u l db es m a l l c r t l 】帅u 曲t 1 1 ec h a i l g eo f e x t 锄a ln e x p l a t e st y p e1 i n e ，a i l dg e ta i l ”i d e a lc h a r a c t 耐s t i c s ”s 仃u 咖r a ll i i l en e r u s i n g a n s y sw o r k b e i l c hs o m v a r et o 趾a l y z et l l ec u r v e si no r d e rt oa c h i e v et l l ed a m i c r a q u i 砌n e n t s e x p 耐m 吼t a lr e s u l tv 耐f i e sm ea c c u r a c yo fa n a l y s i sm e t h o da n dm e r a t i o n a l i t ) ro fp r o d u c ts t m c t u r e ac 削) ( c o m p u t e ra i d e dd e s i 鳓s o f h a r es y s t e mf o rm e d e s i 弘a n d 柚a l y s i so f n l ef l y w h e e ln e wc o n s 缸nl i n el l i l d e rt 1 1 e 、) l r i n d o w s e n v 沛1 1 n l e n ti s d e v e l o p e da 1 1 d d e s i 印e d ，a 1 1 d 廿1 ec a ds o 脚a r es y s t e mh a sb e e na p p l i e di n 也ec o m p a l l y i l lt l l i sp a p 盯，m eo p t i m i z e dn y w h e e ld u a l c l u t c h 仃趾s m i s s i o na n dd o u b l e t u l b i n e t o r q u ec o n v c n e r sn e x i b l ef l y w h e e l ，h a sn o v e ls 缸u c t u r e ，w l l i c hi ss 仃u c t u 删s m en o t o i l l ys a t i s f i e s 1 ec 0 n d i t i o no fs 慨g mb u ta l s om e e tn l et h ed y l l 锄i cc h a r a c t 丽s t i c so f t l l es 仃u c t u r e l a t i v et ot h e 仃a n s m i s s i o no n e - b o d y f l y w h e e la i l du n o p t i m i z e d 铆o - b o d y n ”池e e l ， m en e wt y p eo fd u a l c l u t c h t r a n s m i s s i o na 1 1 dd o u b l e - t l l 】南i n e t o r q l l e c o n v e n e r sf l e x i b l ef l y w h e e lh a sb e 仕e rv i b 洲o n s u p p r e s s i o n k e y w o r d s ：f 1 州l e e l ；f i l l i t ee l 锄e n tm 础o d ；o p t i i l l a ld e s i 盟；p r o 胁酉n e e r i i i 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1绪论 随着汽车工业的发展，人们对汽车的要求己不简单的是代步工具，追求的是 驾驶的舒适性与经济性，对换挡操作提高了要求。本章内容探讨了汽车变速器的 发展趋势以及双离合双液力变矩器柔性飞轮出现的背景，进而提出了本论文的研 究内容及实用意义。 1 1 双离合双液力变矩器柔性飞轮出现的背景 与传动变速器不同，双离合器变速器拥有两套自动控制的齿轮系统，分别控 制奇数档位和偶数档位。当一套齿轮工作时，另一套齿轮则已经准备就绪，只要 满足换挡条件，两套齿轮立即交换工作状态，相对于传统变速系统，由于减少了 齿轮松开再咬合的中间过程，双离合器系统换挡更为快速、平稳，同时由于效率 的提高，更显得燃油经济性【l 。2 1 。 受制于成本因素，双离合器系统虽然类型众多，却多应用于跑车和豪华车。 但近年来，大众、福特、菲亚特作为该领域的先驱者，纷纷致力于研发小型车使 用的双离合器系统，其已经具备的更小、更轻、成本更低的特点，将大大推动双 离合系统的普及率。据预测，双离合器系统今年在欧洲市场的占有率将达到全部 变速器产品的9 6 ，到2 0 1 3 年达到18 。 为了顺应这一技术发展趋势，2 0 1 0 年6 月，由发改委牵头，一汽、上汽、东风、 长安等国内1 0 余家企业联合组建了技术开发机构中发联投资有限公司，联手 研发包括双离合器系统在内的自动变速箱。同年1 2 月，全球最大的双离合器技术 提供者博格华纳，与中发联合投资有限公司共同投资2 亿美金，在大连成立博 格华纳双离合器传动系统有限公司，于2 0 1 1 年建成并投入使用，合资公司将生产 和开发双离合器系统的核心产品：双离合器模块、扭振减震器和控制模块。 中国汽车产量正呈逐年增长态势，从2 0 0 5 年到2 0 0 8 年，平均每年增加2 4 个百 分点，2 0 0 9 年达到了1 2 0 0 万辆规模，2 0 0 8 年全国汽车产量为1 0 3 0 万辆，其中轿车 占总产量的4 0 ，蒙迪欧、奥迪、捷达、马自达、吉利、比亚迪、奇瑞、桑塔纳、 帕萨特、宝来、东方之子、红旗、宝马、奔驰以及部分客车、载重汽车、越野汽 车等均使用双离合器、双液力变矩器发动机，其飞轮总成的年需求量将超过2 0 0 万 套。 双离合器变速器的概念创始于1 9 3 3 年，出现在k e g r e s s e s 的专利中。经过数十 年的技术完善，2 0 0 2 年大众汽车公司首次将双离合器直接换挡变速器( d s g ) 应用到 大众高尔大量产车上，实现了d c t 的产品化【3 1 。d c t 综合了液力机械自动变速器( a t ) 重庆大学硕士学位论文1 绪论 和电控机械自动变速器( 蝴t ) 的优点，传动效率高、结构简单、生产成本低，不仅 保证了车辆的动力性和经济性，而且极大地改善了车辆运行的舒适性【4 】。 “汽车发动机双离合器、双液力变矩器柔性飞轮技术开发及产业化”是2 0 0 9 年重 庆市第十一批科技计划项目之一。通过与企业的合作，获取相关分析参数和数据， 并获得设计结果的实验验证和生产实践检验方面的支持。 在与企业合作和利用有限元法对其动态特性进行分析研究的基础上，由此开 发出新型双体柔性飞轮。 1 2 国内外现状 在随着爱车一族的不断钻研扩展，发动机飞轮已演变出实用的好多类型，如 双质量减震飞轮( 主要用于柴油发动机) ，4 5 号锻钢轻质量飞轮，铝合金t 6 飞轮， 轻质量飞轮主要用于赛车和特殊爱好者使用，安装这种飞轮以后，发动机加速快， 缺点是收油门后减速也快。 目前汽车双离合器使用的柔性飞轮为一体式，即挠性盘在使用中既与曲轴尾 端连接，又与液力变矩器或液力耦合器相连接，挠性盘在工作过程中承受从多方 向的不同载荷，容易产生裂纹、变形、破碎等缺陷，影响使用功能和安全【5 】。这给 挠性盘飞轮的设计和制造带来了很高的要求，为了满足高强度的使用要求，设计 者只能在已有结构的基础上分别从应力【6 刁1 和提高转动惯量【8 】- 【9 1 角度，对飞轮进行 结构优化设计，文献【1 0 】、 1 1 】则对飞轮进行了多目标的动态优化，但由于安装空 间及结构布置的限制，造成了所获得的最优化参数往往不能实施。文献 1 2 利用光 弹应力分析法，对某飞轮进行试验分析，文献 1 3 对四缸内燃机曲轴飞轮组进行 了模态分析，且提出为保证发动机获得良好的动力学性能，还需在应力、模态分 析基础上对其动力学特性进行优化。 尽管飞轮已经获得突破性的进展，但仍存在一些尚待进一步解决或完善的关 键技术问题，如：飞轮的强度问题、飞轮的转子动力学问题。其中第1 个问题既包 含材料、加工工艺和技术问题，也包含最基础的力学问题；第2 个问题，更多的是 与控制相关的技术问题。 国内外很多著名的研究机构在针对这两个问题上进行了相关研究，并取得了 一定的研究成果。 国内，秦勇、夏源明【1 4 】在复合材料飞轮结构及强度设计研究进展一文中， 指出飞轮本体的结构和强度设计作为飞轮系统中的理论性的问题一直没有形成系 统完整的分析方法，针对这一问题进行了概述，指出了现有模型的不足，为建立 系统完整的飞轮强度设计方法提出了建议。曾宪友【”】等在柴油发电机组飞轮螺 栓的应力分析一文中，为了确保飞轮螺栓连接的可靠性，采用接触分析法对螺 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 栓进行了应力分析。郝琪【8 1 在车用飞轮的优化设计一文中，为了使飞轮在体积 尽可能小的前提下，保证有足够的转动惯量、刚度和强度，以提高其储能密度， 利用有限元软件h y p e r w o r k s 对某飞轮进行了有限元分析及优化设计。 国外，n a s ag 1 e n n 【l6 j 中心的研究人员设计了近似空心结构的复合材料飞轮； 其中轮缘是复合材料，轮辐是金属材料，且轮缘与轮辐是通过过盈装配联接的。 他们对上述结构进行了过盈装配和离心载荷共同作用下的有限元分析。美国宾州 州立大学高级复合材料制造中心g a b r y s 【1 7 j 博士不仅利用多环过盈装配的方法制备 了一系列飞轮转子，还做了高速旋转破坏试验，由试验得到了飞轮破坏转速与过 盈量之间的关系。很显然，这种直接确定飞轮破坏转速与过盈量之间关系的实验 方法很可靠，但所得到的结果难以有普适意义，难以为强度设计提供直接的依据， 同时也将大大增加飞轮的设计成本。s u n g k h a 【l 1 9 】给出了计算多厚环过盈装配飞 轮初应力的平面应变的轴对称简化模型。 双离合器双液力变矩器柔性飞轮是一种采用两体式挠性盘的新型飞轮，目前 国内外对于这种新型结构的具体研究还没有，更没有成熟的设计理论和方法，同 时受到制造加工工艺水平的总体落后的大形势阻碍，汽车发动机双离合器、双液 力变矩器柔性飞轮技术开发及产业化还需要汽车界广大同仁长时间的努力不懈。 1 3 课题研究的主要内容及意义 1 3 1 课题研究的主要内容 双液力变矩器是将液力变矩器与机械式自动变速器合理匹配而组成一种新型 变速系统，其性能接近自动变速器，但成本降低。该系统设计了具有双离合的液 力变矩器。通过微电脑控制的电动装置，取代原来由人工操作完成的离合器，接 合及变速器的选挡、换挡动作，实现换挡全过程的自动化，而飞轮总成通过传动 轴分别与2 个液力变矩器啮合，从而完成换挡。其主要优点是：易操作、安全、 舒适性好。 双液力变矩器飞轮总成与双离合器飞轮总成的区别是：自动档与手动档的区 别，前者是自动档，后者是手动档用飞轮总成。其特点是：双离合器用飞轮总成 是运动在由两个变速器配合组成的一个变速器的汽车发动机上，巧妙地把手动变 速器的灵活性和传动变速器的方便性结合在一起，其换挡是通过电液操控机构完 成，驾驶者几乎感觉离合器的断开和闭合，从而顺畅舒适的完成换挡，飞轮总成 的作用是通过传动轴分别与两个离合器啮合，从而完成换挡。其主要特点是：易 操作、安全性高、舒适性好、降油耗、降低c 0 2 的排放。 双离合器、双液力变矩器柔性飞轮的特性研究针对汽车柔性飞轮的刚度和强 度等特性做了相关的研究，为双离合器、双液力变矩器柔性飞轮的安全可靠性提 重庆大学硕士学位论文l 绪论 供了一定的依据，并对建立一套完整的此类飞轮的设计分析方法提出了建议。具 体工作分为以下几步： 在前人研究基础上，根据项目提供的设计参数，针对已完成结构设计的飞 轮总成模块主要部件如启动齿圈、渐开线花键，螺栓等结构参数进行理论校核， 确定设计结构满足参数要求。 基于有限元理论，利用a n s y sw b d ( b c n c h 软件对飞轮总成模块进行对其 进行了结构强度应力分析、结构模态分析和谐响应分析，对结构设计的合理性给 以评价，同时，通过改变柔性盘总成中挠性板的外形型线的对比分析结果，表明 优化结构的合理性，并经试验证明了模拟结果的有效性和正确性。 用c + + b u i l d e r 软件开发一套适用于针对双离合器、双液力变矩器柔性飞 轮关键部件结构校核及特性分析的计算机辅助设计系统。 1 3 2 课题研究的意义 飞轮作为发动机的核心部件之一，担负着起步控制，传递动力等重要作用。 其结构性能的优劣直接影响了整个传动系统结构的工作特性和整车传动系统的性 能指标。当任何零件的应力值达到材料强度极限时，材料就会发生断裂破坏或塑 形变形。因此，在研发设计过程中对飞轮总成零部件进行结构的分析计算是非常 有必要的。 所研究的双离合器双液力变矩器柔性飞轮是一种采用两体式挠性结构的新型 飞轮，以解决一体式挠性盘飞轮存在的以上缺陷，其新颖的结构，在保证使用功 能的前提下，可以根据曲轴和液力变矩器的结构和布置，来设计多种形式的两体 式柔性飞轮，且不会因为挠性盘的设计结构相对固定，在搭载不同的车型时影响 传动系统在车身内的整体布置。同时，挠性盘和增加的挠性板因自身所具有的柔 度，使其具有动力传递平稳、抗冲击缓冲性能高、扭力矩大等多种特点，且两块 挠性结构各自承受的多方向不同载荷要比原有的单独一块挠性盘要少，这样大大 有利于多种结构的设计和多种原材料的选取。 基于双离合器、双液力变矩器柔性飞轮的分析计算，开展对通过离合器双液 力变矩器柔性飞轮各关键部件以及总成的有限元分析。在计算基础上发展起来的 有限元法，因其计算精度高、适应性强、计算格式规范统一的优点，这种方法目 前在工程技术各个领域中得到广泛的应用，其计算结果已经成为各类工业产品设 计和性能分析的可靠依据。目前有限元法已经成为了工程技术人员解决实际工程 问题( 如结构强度、刚度计算) 的通用做法。 本文的研究目标就是通过对已完成结构的设计的双离合双液力变矩器柔性飞 轮模块进行理论的校核，并根据有限元理论，借助p r o e 和a n s y sw r o r k b e l l c h 软 件进行对其进行了结构强度应力分析、结构模态分析和谐响应分析，并从扭转刚 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 度角度，提出两套飞轮结构最优化设计方案，通过对比分析结果，验证该结构设 计的合理性。同时，开发一套适用于针对双离合器、双液力变矩器柔性飞轮关键 部件结构校核及特性分析的计算机辅助设计系统，对指导该产品的设计和缩短产 品的研发周期均具有重要的理论意义和工程价值。 重庆大学硕士学位论文 2 双离合双液力变矩器柔性飞轮的结构与工作原理 2 双离合双液力变矩器柔性飞轮的结构与工作原理 本文中实用双离合器双液力变矩器飞轮总成涉及一种两体式挠性盘飞轮( 如 图1 所示) ，以解决一体式挠性盘飞轮存在的易产生裂纹、变形、破碎等缺陷。因 此，要进行双离合双液力变矩器柔性飞轮的研究，首先必须对这种两体式挠性盘 飞轮的结构与工作原理具有一定的认识。本章针对双离合双液力变矩器柔性飞轮 的结构和工作原理作详细的介绍。 2 1 双离合双液力变矩器柔性飞轮的结构 如图2 1 所示，两体式挠性盘飞轮，其特征在于：挠性板一与齿圈固定连接， 挠性板一通过垫片一用销钉一与连接块固定连接，挠性板二通过垫片二用销钉二 与连接块固定连接，压紧螺母与挠性板二固定连接。 l 1 齿圈2 挠性板一3 垫片一4 销钉一5 连接块 6 销钉二7 垫片二8 挠性板二9 压紧螺母 图2 1 两体式挠性盘飞轮示意 1 g e a r 血g 2 n e x p l a t e l3 s p a c e r l 4 p i n l5 1 i n kb l o c k 6 p i i l 2 7 s p a c e r 28 f l e x p l a t e 2 9 g l 锄d n u t f i g 2 1 l es 缸1 l c t i l r eo f l et w o - b o d yn e x i b l en m e e l 6 重庆大学硕士学位论文 2 双离合双液力变矩器柔性飞轮的结构与工作原理 这种新型结构飞轮的优点是结构新颖，在保证使用功能的前提下，可以根据 曲轴和液力变矩器的结构和布置位置，来设计多种结构的两体式挠性盘，不会因 为挠性盘的设计结构相对固定，在搭载不同的车型时影响传动系统在车身内的整 体布置。同时，每块挠性盘承受的多方向不同载荷要比原有的单独一块挠性盘要 少，这样大大有利于多种结构的设计和多种原材料的选取。 32 1 花键毂2 挠性板3 压紧螺母 4 中间飞轮5 联接板6 启动齿圈7 挠性盘 图2 2 双离合器双液力变矩器飞轮总成结构示意 1 s p l i n e dl n l b2 f 1 e x p l a t e 3 g l a i l dn u t 4 m i d d l ef l ”，h e e l5 l i n kp l a t e 6 s 伽馏g e a rr i l l g 7 f l e x i b l ep l a t e f i g 2 2n l es 仇l c t 盯eo fd u a l - c l u t c h 廿a l l s m i s s i o na l l d d o u b l e - t i l r b i n et o r q l l ec o n v e n e r sf l e x i b l en ”池e e l 如图2 2 所示，双体柔性飞轮总成由挠性板2 ( 其上有花键毂1 和6 个压紧螺母3 ) 、中间 飞轮4 、联接板5 、挠性盘7 ( 装有启动齿圈6 ) 组成。 2 2 双离合双液力变矩器柔性飞轮的工作原理 飞轮，是发动机装在曲轴后端的较大的圆盘状零件，它具有较大的转动惯量， 具有以下功能： 将发动机作功行程的部分能量储存起来，以克服其他行程的阻力，使曲轴 均匀旋转。 通过安装在飞轮上的离合器，把发动机和汽车传动系统连接起来。 装有与起动机接合的齿圈，便于发动机起动。 飞轮齿圈总成是把起动机动力传递到曲轴的连接件，主要作用是实现起动机 重庆大学硕士学位论文2 双离合双液力变矩器柔性飞轮的结构与工作原理 与曲轴之间动力传递，为发动机提供惯性飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，安装 在发动机曲轴后端法兰盘上，飞轮外缘上压有一个齿圈，可与起动机的驱动齿轮 啮合，同时它的后面是离合器的一个接合面。飞轮上通常刻有第一缸发火正时记 号，以便校准发火时间。多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行动平衡，否则在旋 转时因质量不平衡而产生的离心力将引起发动机振动，并加速主轴承的磨损。为 了在拆装时不破坏它们的平衡状态，飞轮与f h j 轴之间应有严格的相对位置，用定 位销或不对称布置螺栓予以保证。 工作时其中一块挠性盘2 与发动机的曲轴尾端连接，挠性板2 与齿圈1 固定 连接，挠性板2 通过垫片3 用高强度螺栓与连接块固定连接。 因为前后两挠性板的质量较轻，主要通过中间飞轮获得较大的转动惯量。当 机器转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来：当机器转速降低时，飞轮 动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少机械运转过程的速度波动。 柔性盘总成通过螺栓与压紧螺母与中间飞轮固定，其驱动盘与液力变矩器或 液力耦合器连接，花键毂与输出轴相连接，实现传递扭矩。 2 3 本章小结 所研究的双离合器双液力变矩器柔性飞轮是一种采用两体式挠性结构的新型 飞轮，以解决一体式挠性盘飞轮存在的易产生裂纹、变形、破碎缺陷，其新颖的 结构，在保证使用功能的前提下，可以根据曲轴和液力变矩器的结构和布置，来 设计多种形式的两体式柔性飞轮，且不会因为挠性盘的设计结构相对固定，在搭 载不同的车型时影响传动系统在车身内的整体布置。同时，挠性盘和增加的挠性 板因自身所具有的柔度，使其具有动力传递平稳、抗冲击缓冲性能高、扭力矩大 等多种特点，且两块挠性结构各自承受的多方向不同载荷要比原有的单独一块挠 性盘要少，这样大大有利于多种结构的设计和多种原材料的选取。本章对双离合 双液力变矩器柔性飞轮的结构和工作原理做出了详细说明，也为下一章明确研究 对象提供了方向。 重庆大学硕士学位论文3 双离合双液力变矩器柔性飞轮的关键部件的特性分析 3双离合双液力变矩器柔性飞轮的关键部件的特性分析 根据材料的强度理论可以知道，当任何零件的应力值达到材料的强度极限时 材料就会发生断裂或者塑性变形。双离合双液力变矩器柔性飞轮模块作为机械结 构，在研发设计时，首先应该保证它们的强度、刚度符合要求，即保证双离合双 液力变矩器柔性飞轮在正常工作时，各零部件的应力值不能超过材料的许用应力 极限。双离合双液力变矩器柔性飞轮模块中启动齿圈、花键、螺栓等零部件工作 性能的优劣直接影响着整个飞轮的工作特性和整车传动系统的性能指标。因此， 在设计过程中，对双离合双液力变矩器柔性飞轮模块关键零部件进行结构分析计 算是非常有必要的。本章针对双离合双液力变矩器柔性飞轮的各关键部件完成了 结构特性分析。 3 1 起动齿圈的计算和校核 发动机启动时，齿圈和起动机单向器的小齿轮相啮合( 行驶时，脱离啮合) 。 启动齿圈与小齿轮的啮合传动属于齿轮传动。本节主要根据g b t3 4 8 0 一1 9 9 7 【2 0 】渐 开线圆柱齿轮承受能力计算方法和g b tl 0 0 6 3 1 9 8 8 通用机械渐开线圆柱齿轮承 载能力简化计算方法，主要内容包括两个部分，它们分别是：齿面接触强度校核 和轮齿弯曲强度校核，公式如表3 1 、3 2 所示。 9 重庆大学硕士学位论文 3 双离合双液力变矩器柔性飞轮的关键部件的特性分析 表3 1 齿面接触强度核算的公式 齿轮的计算接触应力，聊朋2 强度条齿轮的许用接触应力，肌研2 件 o hs a h p 或s h s h 谳 接触强度的计算安全系数 品晌接触强度的最小安全系数 小 计 轮 o m = zb 6 h 0 0 k a k y k h b k h 。 巧使用系数 算 b 动载系数 接睇。接触强度计算的齿向载荷分布系数 触 睇。接触强度计算的齿间载荷分配系数 应 乙，z d 小轮及大轮单对齿啮合系数 力 大 轮 a h 2 = z d o h q 0 k a k p k h b k h 。 。节点处计算接触应力的基本值，m m 2 f 端面分度圆上的名义切向力， 6 工作齿宽，m m ，指一对齿轮中的较小齿宽 计算接西小齿轮分度圆直径，历m 触应力 吃孕c 孵 “齿数比，”= 兰，z 。，z ，是小、大轮的齿数 的基本 刁 值 z h 节点区域系数 乙弹性系数 z ，重合度系数 许用接 2 卺 触应力 计算齿轮的接触极限应力，肌埘： o h g = a h 岫z 盯z l z v z r z ze 。试验齿轮的接触疲劳极限，m m 2 z 盯接触强度计算的寿命系数 z 润滑剂系数 互速度系数 乙粗糙度系数 z 酽工作硬化系数 计算安 一6 h g 乙接触强度计算的尺寸系数 全系数 o 一 6 h 1 0 重庆大学硕士学位论文3 双离合双液力变矩器柔性飞轮的关键部件的特性分析 表3 2 轮齿弯曲强度核算公式 1 a b 3 2c a l c u l a t i o nf 曲m u l a0 fg e 甜b 锄如gs 仃e n g t l l 唧齿轮的计算齿根应力，删2 仃印齿轮的许用齿根应力，肌m 2 强度条件 o fs o ，或s fs s f 咖 品弯曲强度的计算安全系数 品晌弯曲强度的最小安全系数 。齿根应力的基本值，册2 ，对大、小 计算齿根齿轮分别确定 o f = o f 水 k v k f 8 k f 4 应力 k ，。齿向载荷分布系数 砟。齿间载荷分配系数 f 分度圆上的名义切向力， 6 工作齿宽，m m m 。法向模数，历m 齿根应力 q2 赢k k y l 载荷作用于齿项时的齿形系数 的基本值 k 载荷作用于齿顶时的应力修正系数 e 弯曲强度计算的重合度系数 螺旋角系数，这里匕= 1 盯阳计算齿轮的弯曲极限应力，m m 2 卟陆试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限，m m 2 岛试验齿轮的应力修正系数 许用齿根 2 芒 】k 弯曲强度计算的寿命系数 应力 仃彤= 盯，l i m 岛y 0 匕刚r y 南r 匕 品晌弯曲强度的最小安全系数 匕眦相对齿根圆角敏感系数 叮相对齿根表面状况系数 e 弯曲强度计算的尺寸系数 计算安全 。 d f g ) ，2 系数 g f 已知参数：压力角a = 2 0 。，小齿轮齿数z = 3 4 ，起动齿圈齿数z ，= 3 4 ，模数 ，z = 7 ，z 聊，小齿轮齿宽6 1 = 2 0 0 聊，z ，起动齿轮齿宽6 = 1 8 0 朋m ，输入转矩 丁= 3 1 8 3 肌，转速，z = 7 5 0 厂m i n ，满载工作时间扛5 0 0 0 。 1 ) 弹性系数 查表有，z ，= 1 8 9 8 聊m 2 2 ) 节点区域系数 重庆大学硕士学位论文 3 双离合双液力变矩器柔性飞轮的关键部件的特性分析 z h = 3 ) 重合度系数 z 。= 2 4 9 5 乞= 去 z ，( t 锄一t a i l ) + z ：( t 觚一t a i l ) 一叫一 寿h 专 2 7 川 觑1 ，：f ，z 懈+ 堑生生t 趾口 乞+ z 1 这里涉及到反渐开线函数，不过用程序很容易实现，这里很明显，口。：= 2 0 。 则有： 乞= 去 3 4 ( t a i l 2 7 4 4 l 。一t a n 2 0 。) 1 0 7 ( t a i l 2 2 7 1 3 。一t a n 2 0 。) 1 7 7 0 z c = o 8 6 2 4 ) 载荷系数 经过查表得：k = 巧巧砟口k = 1 o o 1 1 4 1 2 8 4 1 0 0 1 4 6 4 5 ) 啮合系数 m 1 = t 锄口f f 一等 f 屯叫刳 根据节点区域系数中的相关公式可以求得，q = 2 0 。 根据重合度系数中的相关公式可以求得， 则有 m = 吃l = 2 5 2 ，吃2 = 7 6 3 ，以l = 2 2 3 ，6 4 7 ，以2 = 7 0 3 8 3 0 t a n 2 0 。 一塾丌 3 4 jl - 1 2 刀，爿 1 0 3 0 重庆大学硕士学位论文 3 双离合双液力变矩器柔性飞轮的关键部件的特性分析 那么根据判定条件，有：乙川。= 1 0 3 0 6 ) 计算接触应力 = z b 辱忑瓦瓦z h z e z ： 其中：f ：掣堕：型堕：型塑型6 7 4 9 蟊聊互 7 3 4 则有：2 = l = 4 5 1 0 4 4 m m 2 7 ) 寿命系数 应力循环系数： m l = 6 0 f = 6 0 7 5 0 5 0 0 0 0 = 2 2 5 1 0 9 札。- 6 0 咿6 0 罴5 0 0 0 0 - 7 1 8 1 0 8 根据寿命系数计算的相关公式有： 孙吲嘣- ( 蒜) o 0 7 0 6 - o 9 钳 狩鲥0 7 0 6 - ( 淼厂0 6 乩 8 ) 润滑油膜影响系数 查表选取：乙乙乙= o 8 5 9 ) 齿面工作硬化系数 查表选取：乙l = 1 2 ，z 2 = 1 1 8 8 1 0 ) 尺寸系数 经查表，选取：乙= 1 o 1 1 ) 安全系数 品。= s h 2 = 垒! 幽血! 互互刍盔互： o h 、 垒匦2 兰丝2 互互圣益互： 2 塑型訾等盟型 1 7 0 8 4 5 1 0 4 4 婴坐雩婴型 1 7 3 4 5 1 0 4 4 1 2 ) 螺旋线载荷分布系数 k 叩= 0 k h 再 肚而等= 而黑装篙丽一3 1 + ( 6 ) + ( 6 元) 2 1 + 1 8 0 1 5 7 5 + ( 1 8 0 1 5 7 5 ) 2 。“1 。 1 3 重庆大学硕士学位论文 3 双离合双液力变矩器柔性飞轮的关键部件的特性分析 则有：k 卵= ( k 卢) = 1 2 8 4 0 9 1 3 1 2 5 6 1 3 ) 螺旋线载荷分配系数 k f ，= k h ，= 1 1 4 ) 齿廓系数 经查图，取：耳。l = 2 1 7 ，2 = 2 3 0 1 5 ) 应力修正系数 经查图，取：l = 1 1 8 ，2 = 1 6 9 1 6 ) 重合度系数 f ：0 2 5 + 业：0 2 5 + 堕o 6 7 4f = 0 2 5 + 二= 二= 0 2 5 + - 二= 二0 6 7 4 5 气。 1 7 7 0 ，一 ，v 1 7 ) 计算应力 6 f = 兰y f 孓0 摹墨墨v k f 墨f 。 d 聊。 。 代入数据得：唧l = 1 1 9 4 2 5 ，2 = 1 1 8 1 8 7 1 8 ) 试验齿轮的应力修正系数 这里取岛= 2