基于形狀約束的雙質(zhì)量飛輪設計及非線性振動研究.pdf

1、當發(fā)動機輸入的扭轉(zhuǎn)激勵頻率與汽車傳動系的固有頻率接近或相同時，會引起傳動系的共振，這將直接影響到汽車的乘坐舒適性以及傳動系零部件的強度和使用壽命，甚至對汽車行駛安全造成威脅。大轉(zhuǎn)矩大功率是發(fā)動機發(fā)展的趨勢，隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和功率的不斷增加，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的不規(guī)則性也隨之加大，這會增大汽車動力傳動系扭振和噪聲。隨著人們對汽車的乘坐舒適性要求不斷提高，以及相關法規(guī)對汽車噪聲標準的要求也更高，使得扭轉(zhuǎn)振動控制的問題變得更為突出。雙質(zhì)量飛輪能有

2、效地衰減汽車動力傳動系的扭轉(zhuǎn)振動，具有良好的隔振和減振性能，國外自80年代開始研究并應用和不斷改進。由于國外技術的保密和壟斷，我國在此領域還沒有完全突破，到目前為止，國內(nèi)中高檔汽車中搭載的雙質(zhì)量飛輪均由國外進口且價格昂貴。因此，對雙質(zhì)量飛輪的研究具有非常重要的理論意義和工程應用價值。
　　為保證減振性能，周向短彈簧單級剛度雙質(zhì)量飛輪在小扭轉(zhuǎn)角時具有小的剛度，由于結(jié)構的局限性，其能夠傳遞的最大轉(zhuǎn)矩有限，并且，由于加工和裝配的原因，初

3、級飛輪和次級飛輪之間存在一定的空轉(zhuǎn)角，飛輪轉(zhuǎn)過空轉(zhuǎn)角時存在沖擊問題。分段剛度雙質(zhì)量飛輪實現(xiàn)了匹配大功率發(fā)動機高轉(zhuǎn)矩的要求，但其扭轉(zhuǎn)剛度隨轉(zhuǎn)角的變化不連續(xù)，在剛度切換時，會引起變速箱齒輪嚙合時的沖擊載荷和噪聲。
　　為提高單級剛度雙質(zhì)量飛輪輸出轉(zhuǎn)矩能力和緩解空轉(zhuǎn)角帶來的沖擊，以及解決三級分段階躍變剛度雙質(zhì)量飛輪剛度不連續(xù)變化引起的沖擊問題，本文在前期研究和與飛輪生產(chǎn)企業(yè)合作共同開發(fā)雙質(zhì)量飛輪基礎上，提出了基于形狀約束的雙質(zhì)量飛輪結(jié)構

4、創(chuàng)新設計和實施方式，建立了搭載雙質(zhì)量飛輪的汽車動力傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動分析模型，對系統(tǒng)的非線性扭轉(zhuǎn)振動特性進行了分析。論文采取理論推導、仿真分析和試驗驗證等多種方法相結(jié)合對雙質(zhì)量飛輪展開研究，取得了一定的成果，論文的主要工作有以下幾個方面：
　　①為進一步提高大扭轉(zhuǎn)角時的輸出轉(zhuǎn)矩和消除空轉(zhuǎn)角帶來的沖擊，對單級剛度雙質(zhì)量飛輪進行了結(jié)構改進設計，提出了基于形狀約束的摩擦軸承的設計思想和結(jié)構的實施方式。以位移分量為基本變量，引入中間變量函

5、數(shù)，在極坐標下建立了摩擦軸承塊與次級飛輪接觸變形作用的彈性力學位移法理論計算模型，通過理論計算和有限元仿真，分析了雙質(zhì)量飛輪工作時，摩擦軸承塊與次級飛輪的接觸面上的應變、應力以及等效應力的分布。由接觸面上的壓力分布，分析了接觸作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩特性。并對單級剛度雙質(zhì)量飛輪的總體轉(zhuǎn)矩特性和動力學特性進行了研究。
　?、跒檠芯繂渭墑偠入p質(zhì)量飛輪的非線性振動特性，考慮單級剛度雙質(zhì)量飛輪中存在的軸向預緊力產(chǎn)生的摩擦力矩、剛度含間隙變化特征和摩

6、擦軸承塊與次級飛輪楔入接觸作用等非線性因素，建立了搭載單級剛度雙質(zhì)量飛輪的汽車傳動系的扭振模型，采用平均法和Runge—Kutta數(shù)值積分方法對系統(tǒng)的頻率特性的近似解析解以及強迫振動響應進行了計算、分析和討論。
　　③由于三級分段階躍變剛度的雙質(zhì)量飛輪各段轉(zhuǎn)矩為線性變化，雙質(zhì)量飛輪的剛度在切換時有突變，即剛度不連續(xù)變化，會導致變速箱齒輪嚙合產(chǎn)生沖擊載荷和噪聲。針對三級分段階躍變剛度雙質(zhì)量飛輪的剛度不連續(xù)問題，創(chuàng)造性地提出了基于補償

7、原理的連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪的新型結(jié)構，引入了轉(zhuǎn)矩補償裝置，推導出初級飛輪型線設計理論方法，對轉(zhuǎn)矩補償裝置與初級飛輪相互作用構件間的受力特點，以及轉(zhuǎn)矩補償后的雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩和剛度特性進行了分析研究。
　?、茚槍λ岢龅幕谘a償原理的多級連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪，分析了雙質(zhì)量飛輪工作時，引入的轉(zhuǎn)矩補償裝置活動構件慣性力特點以及慣性力對雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性的影響。為了消除轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性力對雙質(zhì)量飛輪的影響，在轉(zhuǎn)矩補償裝置基礎上加入了慣性力平

8、衡機構，分析了平衡機構對消除轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性力的效果。并且，考慮轉(zhuǎn)矩補償裝置和慣性平衡機構中的相對運動構件的摩擦因素，研究達到平衡慣性力目的設計要求，分析和討論了摩擦對慣性平衡裝置平衡效果的影響。
　?、轂檠芯慷嗉墑偠入p質(zhì)量飛輪的非線性振動特性，考慮多級剛度雙質(zhì)量飛輪的剛度隨轉(zhuǎn)角分段變化的非線性因素，建立了搭載多級剛度雙質(zhì)量飛輪的汽車傳動系力學分析扭振模型，采用平均法和Runge—Kutta數(shù)值積分方法對系統(tǒng)頻率特性的近似解析解以