第8章 发动机双质量飞轮

1、2021-10-29史文库 编 著2021-10-29汽车发动机自动变速器转向悬架制动第1章第2章第3章第4章第5章第6章第7章汽车NVH发动机液压悬置第8章发动机双质量飞轮第9章第10章第11章车身汽车轻量化智能汽车第8章 发动机双质量飞轮概述双质量飞轮扭转减振器的基本功能和要求双质量飞轮扭转减振器工作原理双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍8.18.28.38.4双质量飞轮是 世纪 年代末在汽车上出现的一种新配置，英文缩写称为 ( -)。它对于汽车动力传动系统的隔振和减振有很大的作用。双质量飞轮是当前汽车上隔振减振效果最好的装置。图-双质量飞轮减振器的基本结构8.1概述作为对离合器从动盘式扭转

2、减振器的继承和发展，双质量飞轮式扭转减振器的具体结构虽不尽相同，但都应由第一质量、第二质量和扭转减振器等三部分组成。第一质量与发动机曲轴输出端法兰盘相连接，第二质量通过一个轴承(一般为深沟球轴承)安装在第一质量上，第二质量上又安装有离合器壳等。 第一、第二质量之间通过减振器相连，工作时它们之间有相对转动。图- 所示为离合器从动盘式扭转减振器与双质量飞轮式扭转减振器结构比较示意图。图-离合器从动盘式扭转减振器与双质量飞轮式扭转减振器结构比较示意图-第一质量 -减振器 -第二质量8.2双质量飞轮扭转减振器的基本功能和要求与传统离合器从动盘式扭转减振器相比，效果明显，具体如下：()传递特性。由试验测

3、定结果可知，双质量飞轮式扭转减振器同时达到了减少在发动机实用转速区域内的转速波动与抑制共振两个目的。()减少空载噪声。双质量飞轮式扭转减振器减少空载噪声的效果良好。与传统的离合器从动盘式扭转减振器相比，可以大幅度地减少转速波动，改善空载噪声。()减少加速时转速波动。经测试可知双质量飞轮式扭转减振器与传统的离合器从动盘式扭转减振器相比在改善加速时噪声方面，大幅度地减少了转速波动，从而大大地减少了手动变速器的振动。8.2双质量飞轮扭转减振器的基本功能和要求双质量飞轮扭转减振器的优点：()可以降低发动机变速器振动系统的固有频率fc，以避免发动机处于怠速时发生共振。系统固有频率fc按两个自由度系统可表

4、达为:()可以加大减振弹簧的安装半径，降低减振弹簧刚度，并容许增大转角。()在变速器中可以采用黏度较低的 号齿轮油而不致产生齿轮冲击噪声，并可改善冬季的换挡过程。()可以尝试着使用其他形式的弹性和阻尼，如液力阻尼、橡胶弹簧等，以期达到最佳减振效果。()改善传动系统的布置，延长传动系统零部件寿命。8.2双质量飞轮扭转减振器的基本功能和要求2121)(21JJJJKfc双质量飞轮扭转减振器的缺点：()结构较离合器从动盘式复杂，加工制造困难且成本高。()减振弹簧分布半径增大，在发动机高速转动下，弹簧径向的离心力和切向的变形量增加，使弹簧的磨损加剧。原因如下：()由于飞轮上靠近中心的位置用于安装与曲轴

5、法兰盘连接的螺栓和支撑第二质量的轴承了，因此减振器弹簧在径向上向外移动了一定距离，使分布半径变大，因而，在同样的转速下意味着弹簧要承受更大的离心力。()在同样的转速下，由于半径增大，弹簧在切向上的运动量也会加大，这也会加大弹簧的磨损速度。()为了适应双质量飞轮式扭转减振器的功能要求,双质量飞轮式扭转减振器要吸收更大的转速波动,这也会导致弹簧运动量加大而加速弹簧的磨损。8.2双质量飞轮扭转减振器的基本功能和要求双质量飞轮式扭转减振器的实质在于:一方面由弹簧扭转减振系统，来吸收发动机输出转矩中所包含的变动转矩成分，将平均化的转矩传递给变速器，衰减扭转与振动有关的振动和噪声;另一方面，通过将飞轮分成

6、不同质量的两块，使整个动力传动系统的固有频率大大降低，从而使发动机的工作转速范围避开共振区。8.3双质量飞轮扭转减振器工作原理图-双质量飞轮扭转系统物理模型整体型飞轮的扭转特性分析如下。建立如下的受迫振动微分方程组：由上面的振动方程组可以很容易得出整体型飞轮的扭转振动的角振幅频率响应关系式：8.3双质量飞轮扭转减振器工作原理ttTIsinsin1102011IT根据双质量飞轮式扭转减振器的扭转系统简化模型，可以对其建立出如下的系统受迫振动微分方程组：可以推导出下面的双质量飞轮式扭转减振器扭转振动的角振幅频率响应关系式：8.3双质量飞轮扭转减振器工作原理ttCKItTCKIsinsin)()(s

7、in)()(221112122 221211 1)()(222212jcKjcIKjcIKjcKT与采用整体型飞轮相比，采用双质量飞轮式扭转减振器对降低动力传动系的扭转振动有着十分显著的效果。通过对双质量飞轮式扭转减振器的扭转特性进行最佳的选择和优化，确定其相应的结构性能参数，可以使发生扭转共振现象时的发动机转速下降到实际使用的工作转速范围以下，也即是发动机怠速转速范围以下，从而确保双质量飞轮式扭转减振器对发动机的变动转矩的激励达到较理想的吸收能力。图-两种减振器输出端的扭转幅值比较8.3双质量飞轮扭转减振器工作原理图-双质量飞轮扭转减振器的分类8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍周向长弧形

8、螺旋弹簧双质量飞轮(-)：周向长弧形螺旋弹簧双质量飞轮(-)是目前世界上最具有代表性的双质量飞轮，由德国 公司于 年研制。 其弹性机构一般为两组或三组周向长弧形螺旋弹簧，如图- 所示。两飞轮之间具有较大相对转角(一般可达，甚至)，较好地解决了在有限设计空间内实现减振器低扭转刚度的问题，是发展过程中的一次突破。弧形螺旋弹簧的设计和制造是 减振器设计中的关键和难点。图- 的结构图8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍由于汽车运行工况十分复杂，通常有起动、怠速、加速、行驶、减速以及熄火，同时有效隔离各种工况下的扭振传递非常困难。为满足上述多种工况的隔振要求，需要- 减振器具有多级扭转刚度。常见的实现

9、多级弹性特性的方案是将不同直径、不同弧长的长弧形螺旋弹簧进行内外嵌套。也有在传力板上安装内置减振器与长弧形螺旋弹簧一起构成多级弹性特性。带内置减振器的- 能明显增加两飞轮之间的相对转角(图-)，具有更好的隔振性能。图-带内置减振器的-8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍离心摆式双质量飞轮：离心摆与- 减振器巧妙地结合在一起，形成离心摆式- 减振器，如图-所示。 这种结构的双质量飞轮有两种实现方案：一种是将离心摆安装在第一飞轮上，另一种是将离心摆安装在第二飞轮上。图-离心摆式- 减振器8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍周向短弹簧双质量飞轮(-)：周向短弹簧双质量飞轮扭转减振器较多地沿用传统

10、 扭转减振器的概念，如图- 所示。为保证传递足够大的转矩，通常由多组弹簧共同工作，每组中的直螺旋弹簧借助于滑块和弹簧帽串联而成。为获得良好的非线性特性，通常将弹簧刚度设计得不同，起作用的时间也不一样，以满足减振器在各种工况下的需要。图8-9 - 的结构8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍DMF-CSS减振器的主要特点在于其特殊的弹性机构，可通过弹簧帽和滑块位置、弹簧个数和组合方式等多种手段进行调谐，更灵活地实现多级非线性弹性特性。ZF Sachs公司还生产出较复杂的行星齿轮机构的DMF-CSS减振器，如图8-10所示。DMF-CSS减振器的缺点是:结构复杂、零件数目多，生产和装配困难，零件的

11、制造精度要求较高。图8-带行星齿轮的-8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍径向双质量飞轮(-)：径向双质量飞轮扭转减振器的结构特点在于减振弹簧为直弹簧，分组安装在由减振器侧板、从动板组成的沿飞轮径向的弹簧室中，其侧板和从动板通过两个传动销分别与飞轮的第一质量、第二质量相连，如图- 所示。图- 及弹簧室-第二飞轮.-第一飞轮.-弹簧室.-弹簧室细节8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍橡胶弹簧双质量飞轮(-)：橡胶弹簧双质量飞轮用橡胶弹簧替代钢丝螺旋弹簧。由于橡胶的非线性弹性特性和自身的阻尼，使得减振器的弹性特性更为合理，结构更为简化。 缺点主要是橡胶易老化，工作寿命有限，且长时间工作后，橡胶

12、发热，阻尼力下降。图- 所示为- 的结构剖视图。图-橡胶弹簧8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍空气阻尼双质量飞轮(-)：空气阻尼双质量飞轮通常多采用干摩擦阻尼或黏性阻尼，而- 采用空气阻尼来实现减振， 通常由三组行驶级弹簧和三组怠速级弹簧交叉布置，如图- 所示。其中每组怠速级弹簧由两个端头、中间柱状橡胶块及两个弹簧组成，端头与柱状橡胶块形成封闭腔室，传递转矩时封闭腔室受压，空气经端头中间的排气孔排出，起到阻尼的作用。图-空气阻尼8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍液力双质量飞轮(-)：液力双质量飞轮基本原理为:油路连接飞轮第一、第二质量，液压泵驱动油液传递动力，在不同的工况下，各阀体处于

13、不同的工作状态，控制阻尼的大小，利用减振弹簧室来平缓转矩波动，并由弹簧室大小控制极限转角。- 的性能优良，结构紧凑，但加工制造成本较高，控制系统复杂。 如图- 所示。图-液力阻尼8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍带有怠速减振级的双质量飞轮扭转减振器：为使减振器在各种不同工况下均能很好地工作，在采用短轻弹簧的减振器中，人们常将弹簧分组，各组弹簧刚度不一样，起作用的时间也不一样，从而获得良好的非线性特性。带有怠速减振级的减振器将先起作用的一组弹簧刚度设计成很低，专门用于减缓怠速时的噪声（图8-15)。按其与摩擦阻尼元件的连接方式还可分串联式和并联式两种。前者的实际使用效果更好些，但结构复杂，设

14、计和布置更难。图-带有怠速减振级的8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍采用限制弹簧位置的措施：为从根本上解决弹簧磨损问题，最好的办法是将弹簧与窗口隔开，使两者根本不能发生滑磨，这样既可使减振器弹簧寿命大为提高，可靠性也较好。具体控制措施有:在弹簧的中间安装可滑动式弹性支持架;采用变螺距减振弹簧，并安装保持架，有些还加装小型动力吸振器，这样既减轻了振动和噪声，还可获得变刚度特性;设置长的弹簧支座，使其具有弹簧导杆的作用，借以限制弹簧的位置，如图8-16所示。图-采用限位措施的8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍基于形状约束的双质量飞轮(周向短弧)：在原结构及基本参数不变的条件下，具有更大的反

15、抗转矩，对原半径及。的圆弧段采用适当修正曲线，使形状改变后初级飞轮对弹簧座的约束反力方向偏转，则在不改变原来结构基本参数的条件下，可增大弹簧座对初级飞轮的作用力，从而达到非线性增大反抗转矩的作用，实现了所追求的低转速小转矩的柔性和高转速高反抗转矩大刚度的设计目的，如图8-17所示。图-基于形状约束的8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍磁流变液双质量飞轮：为实现双质量飞轮阻尼的可控可调，结合磁流变液在磁场作用下流变特性可瞬间发生变化的特性，在普通双质量飞轮上并联一个含磁流变液的阻尼装置，设计出新型的扭转减振器磁流变液双质量飞轮，可通过改变线圈电流产生的磁场实现双质量飞轮阻尼的可控可调。磁流变液

16、双质量飞轮的基本结构及工作原理如图8-18所示。图-磁流变液双质量飞轮-内转子连接轴，-曲轴端连接孔，-轴承，-铆钉，-第一质量，-传力板，-弧形弹簧，-导向滑槽，-转速传感器测点，-起动齿圈，-齿圈，-离合器摩擦面，-磁轭，-励磁线圈，-隔磁圈，-隔磁环，-外转子，-注液孔，-内转子，-磁流变液，-密封圈，-隔磁环，-支撑轴承图8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍多级双质量飞轮：工作过程简单描述为：发动机起动时带动初级飞轮转动，压缩弹簧座(或者)，然后通过三组弹簧的传递把动力传递到弹簧座(或者)带动从动盘及次级飞轮。图-多级双质量飞轮结构和刚度突变曲线-初级飞轮，、-弹簧座，、-减振弹簧，

17、-起动齿圈，-从动盘8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍采用传力板限位装置的双质量飞轮：次级飞轮组件包括传力板，前壳体与传力板之间设置有限位装置，如图8-20所示。当初级飞轮组件与次级飞轮组件产生较大角位移时，那么限位装置能够阻止传力板继续转动，当前壳体与传力板之间产生过大转角，那么限位装置能够阻止传力板继续转动，限制前壳体与传力板之间产生过大的转角，避免弹簧产生过大转角，从而避免弹簧承受过大的转矩，在一定程度上延长了弹簧的使用寿命，延长力弹簧使用的耐久性。图-采用传力板限位装置的-前壳体，-传力板，-限位孔，-限位销，-弹簧8.4双质量飞轮式扭转减振器的结构介绍设有阻尼系统的双质量飞轮：如图- 所示，在驱动盘的前后分别连接有阻尼片，阻尼片 及阻尼片 的外援端部分分别设有卡扣，两阻尼片分别通过卡扣卡在驱动盘上。阻尼片与驱动盘之间设有金属弹簧片。图-设有阻尼系统的-阻尼片，-另一阻尼片，-驱动盘，-金属弹簧片 初级盖板，-初级飞轮8.4双质