1、浅析双质量飞轮减振器的设计 摘 要：双质量飞轮（ Double Mass Flywheel，简称 DMFW），是 20 世纪80 年代末在汽车动力传动系中应用的新型结构，可较为有效地隔离发动机曲轴的扭振，有利于改善汽车的使用性能，因此双质量飞轮在减振器的应用日益广泛。 关键词：双质量飞轮；减振器；扭振；离合器 为了降低发动机旋转的不均衡性而造成传动系的扭转振动，传统上在离合器中采用扭转减振器来达到减振目的。双质量飞轮的次级质量与变速器的分离和结合由一个不带减振器的刚性离合器盘来完成，由于离合器没有了减振器机构，质量明显减小。减振器组装在双质量飞轮系统中，并能在盘中滑动，明显改善同步性并使换档容
2、易。而双质量飞轮将质量一分为二，其中的第二质量（次级质量）能在不增加飞轮的惯性矩的前提下提高传动系的惯性矩，而使共振转速下降到怠速转速以下。也就是说在任何情况下，出现共振转速都在发动机运行的转速范围以外，只有在发动机刚 起动和停机时才会越过共振转速，这也是常见汽车发动机起动和停机时振动特别厉害的原因。 随着对汽车乘坐舒适性要求的不断提高，对动力传动系性能要求也不断提高。目前通用的离合器从动盘式扭转减振器在特性上存在一些局限性，主要表现在它不能使发动机 变速器振动系统的固有频率降低到怠速转速以下，因此不能避免传动系在怠速转速时的共振。如图 1所示为简化的两自由度振动模型和固有频率曲线。 在发动机
3、常用转速 1000 2000 r/min 范围内，难以通过降低减振弹簧刚度的办法得到更大的减振效果。因为在传统的从 动盘结构中，减振弹簧的位置半径比较小，其转角又受到最大转角的限制而不能太大。如果降低弹簧刚度，在最大转角一定的情况下就不能保证传递的最大扭矩。双质量飞轮式扭转减振器基本上沿用了离合器从动盘式扭转减振器的结构，但是其在动力传动系中的位置发生了变化，简单地说，是将扭转减振器从离合器从动盘中取出，然后将其布置到发动机飞轮中间，这样在扭转减振器两端的惯量分配就发生了变化，通过合理确定减振弹簧的刚度而得到期望的系统固有频率；同时由于增大了减振弹簧的位置半径，可以增大极限转角并降低弹簧刚度，
4、克服了从动盘式扭转减振器不足 。双质量飞轮式扭转减振器的基本结构有三大部分，即第一质量（第一飞轮）、第二质量（第二飞轮）和两质量之间的减振器。第一质量与发动机曲轴输出端法兰盘相联接，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，第二质量即可以与 DCT 的动力输入件相联接。第一、第二质量之间可以有相对转动，它们之间通过扭转减振器相联。图 2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。 双质量飞轮的优点主要有以下三点： 1）可以降低发动机、变速器系统的固有频率以避免在怠速工况时的共振。 2）可以加大减振弹簧的位置半径（例如沿圆周最大位置布置），降低弹簧的减振刚度
5、，并允许增大极限转角。 3）由于双质量飞轮的减振效果好，于是变速器中可以采用粘度较低的SAE80 号齿轮油而不致于产生齿轮冲击噪声，并可以改善冬季的换档过程。而且由于在从动盘上没有减振器，也可以减小从动盘的转动惯量，有利于换档过程。 在上述基础上我们还应该考虑一下双质量飞轮减振器的参数选择。扭转减振器的参数可以分作两类：一类是从减振器的性能出发的，其取值范围对系统的振动特性产生影响，它们决定减振器对传动系 统扭振的衰减能力；另一类参数与振动特性关系不大，主要是从结构布置或其他方面的需要来定。双质量飞轮减振器在质量、刚度和阻尼三方面实现对动力传动系统扭振的控制，因此，质量、刚度、阻尼就是双质量飞
6、轮扭转减振器的三大参数。 1）质量参数的选择 双质量飞轮减振器和传统的离合器从动盘式减振器的最大不同是弹性元件两端的质量分配发生了很大变化。由于第二质量的增加，使传动系一侧的旋转质量增大，而发动机一侧的旋转质量减小。由于作为扭振系统激励源的发动机一侧旋转质量的减小，使得激励幅度加大，而激励的总能量是不 变的；传动系一侧由于旋转质量的加大，使得响应的幅度减小，再加上减振器的缓冲和衰减，那么，传动系的响应会明显降低。因此，如何选择双质量飞轮减振器的第一质量和第二质量是设计中一个比较关键的问题。 2）刚度参数的选择 极限转矩减振器传递的极限转矩为减振器消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙时所能传递的
7、最大转矩，也就是极限转角时的转矩。如果刚度小，从动盘毂会过早的碰到限位销，减振器有可能会被破坏。极限转矩与发动机的最大转矩有关，在我们的设计中，发动机的最大输出转矩为 150 N ? m，则 limT 取 300 N ? m。 从动盘相对于从动盘毂的极限转角 lim?极限转角一般取 3 12 ，也有高达 20 的，一般对汽车平顺性要求高或者对于工作不均匀发动机取较大的极限转角。这里我们取极限转角为 16 。 减振器的扭转刚度的选择要考虑两个主要因素：避免在发动机的工作转速范围内发生共振和传递极限转矩。为了避开共振的激励频率，减振器的刚度要求降低，但为了传递最大转矩，又要求具有一定的刚度。这两者
8、是矛盾的，因此，在发动机的整个转速范围内，振动现象是不可避免的。我们能做的是选择合适的扭转刚度，得到 相对较好的传动系振动特性。如前所述，双质量飞轮的一个重要的优点就是可以通过合理分配转动惯量而降低怠速工况的固有频率从而避免共振的发生。减振弹簧在安装时都有一定的预紧，弹簧具有一定的预紧量是必要的，以防止由于弹簧的工作长度在使用一段时间之后缩短而引起刚度的变化，同时也防止由于间隙存在引起弹簧的振动而增大双质量飞轮的噪声。但预紧扭矩的值不应大于摩擦转矩 的值，否则在反向工作时，减振器将提前停止工作。 3）阻尼参数的选择 双质量飞轮减振器中的阻尼通常有三种，即干摩擦式阻尼、橡胶、液力阻尼，本文 只对
9、干摩擦阻尼加以讨论由于减振器的扭转刚度受结构要求以及转矩的限制不可能降的很低，因 此振动现象难以避免，通常在减振器中都布置阻尼装置，以减少振动振幅，尽快的衰减振动。为了最有效的消振，必须合理选择减振器阻尼装置的摩擦阻尼转矩。常用的方法有两种，一种是令在一个振动周期内做的功等于发动机激振转矩所作的功，那么系统扭转振动的振幅将是最小的；另一种方法是直接根据发动机的最大转矩初选，在设计时如何保证使用过程中的稳定性也是一个重要的问题，在干摩擦式阻尼器中大多数采用具有自动补偿磨损量功能的碟形弹簧作为压紧 元件。 在扭转减振器的参数选择中，刚度的确定和转角的分配是重点，也是对传动系的振动特性影响最大的。从
10、避免共振的角度考虑，我们希望在低刚度下工作的转角比较大；但考虑到传递扭矩的能力和减振器的极限转角，又必须增大刚度以在有限的转角内传递系统的载荷。这就必须对刚度和转角进行合理的分配，并通过仿真和试验来验证系统的振动特性是否能够满足要求，在试验的基础上再进行修改。目前国外设计新车时对扭转减振器的设计多采用实验方法，根据已选定的发动机和底盘的其他部件，从离合器众多已有产品中选择一种装到新车上做路试，将实验 所得到的数据根据对舒适性程度的量化分析，来判断该离合器是否适用，经过多次实验，最后确定离合器的型号。 参考文献 葛安林，车辆自动变速器理论与设计，机械工业出版社， 1993 朱经昌，车辆液力传动，国防工业出版社， 1983 李君 张建武 冯金芝 雷雨龙 葛安林，电控机械式自动变速器的发展现状和展望，汽车技术， 2000/3 郭立书，越野汽车液力变矩器与电控自动换挡系统的研究，吉林大学博士研究生学位论文， 2003 BorgWarner Powertrain System， 北京自动变速器研讨会会议论文，2003.9 张勇，电控机械式自动变速器换挡品质自适应控制研究，吉林工业大学硕士学位论文， 1997 作者简介 张凯娟（ 1986-），女，河南新乡，新乡职业技术学院，本科。
