基于形狀約束的雙質(zhì)量飛輪設(shè)計(jì)及非線性振動(dòng)研究.pdf

1、當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的扭轉(zhuǎn)激勵(lì)頻率與汽車(chē)傳動(dòng)系的固有頻率接近或相同時(shí)，會(huì)引起傳動(dòng)系的共振，這將直接影響到汽車(chē)的乘坐舒適性以及傳動(dòng)系零部件的強(qiáng)度和使用壽命，甚至對(duì)汽車(chē)行駛安全造成威脅。大轉(zhuǎn)矩大功率是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率的不斷增加，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不規(guī)則性也隨之加大，這會(huì)增大汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系扭振和噪聲。隨著人們對(duì)汽車(chē)的乘坐舒適性要求不斷提高，以及相關(guān)法規(guī)對(duì)汽車(chē)噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求也更高，使得扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制的問(wèn)題變得更為突出。雙質(zhì)量飛輪能有

2、效地衰減汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，具有良好的隔振和減振性能，國(guó)外自80年代開(kāi)始研究并應(yīng)用和不斷改進(jìn)。由于國(guó)外技術(shù)的保密和壟斷，我國(guó)在此領(lǐng)域還沒(méi)有完全突破，到目前為止，國(guó)內(nèi)中高檔汽車(chē)中搭載的雙質(zhì)量飛輪均由國(guó)外進(jìn)口且價(jià)格昂貴。因此，對(duì)雙質(zhì)量飛輪的研究具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　為保證減振性能，周向短彈簧單級(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪在小扭轉(zhuǎn)角時(shí)具有小的剛度，由于結(jié)構(gòu)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(jí)飛輪和次級(jí)飛輪之間存在一定的空轉(zhuǎn)角，飛輪轉(zhuǎn)過(guò)空轉(zhuǎn)角時(shí)存在沖擊問(wèn)題。分段剛度雙質(zhì)量飛輪實(shí)現(xiàn)了匹配大功率發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，會(huì)引起變速箱齒輪嚙合時(shí)的沖擊載荷和噪聲。
　　為提高單級(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪輸出轉(zhuǎn)矩能力和緩解空轉(zhuǎn)角帶來(lái)的沖擊，以及解決三級(jí)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(wèn)題，本文在前期研究和與飛輪生產(chǎn)企業(yè)合作共同開(kāi)發(fā)雙質(zhì)量飛輪基礎(chǔ)上，提出了基于形狀約束的雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)

4、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)施方式，建立了搭載雙質(zhì)量飛輪的汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析模型，對(duì)系統(tǒng)的非線性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性進(jìn)行了分析。論文采取理論推導(dǎo)、仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證等多種方法相結(jié)合對(duì)雙質(zhì)量飛輪展開(kāi)研究，取得了一定的成果，論文的主要工作有以下幾個(gè)方面：
　　①為進(jìn)一步提高大扭轉(zhuǎn)角時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩和消除空轉(zhuǎn)角帶來(lái)的沖擊，對(duì)單級(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出了基于形狀約束的摩擦軸承的設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu)的實(shí)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(biāo)下建立了摩擦軸承塊與次級(jí)飛輪接觸變形作用的彈性力學(xué)位移法理論計(jì)算模型，通過(guò)理論計(jì)算和有限元仿真，分析了雙質(zhì)量飛輪工作時(shí)，摩擦軸承塊與次級(jí)飛輪的接觸面上的應(yīng)變、應(yīng)力以及等效應(yīng)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(duì)單級(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪的總體轉(zhuǎn)矩特性和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。
　?、跒檠芯繂渭?jí)剛度雙質(zhì)量飛輪的非線性振動(dòng)特性，考慮單級(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪中存在的軸向預(yù)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(jí)飛輪楔入接觸作用等非線性因素，建立了搭載單級(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪的汽車(chē)傳動(dòng)系的扭振模型，采用平均法和Runge—Kutta數(shù)值積分方法對(duì)系統(tǒng)的頻率特性的近似解析解以及強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算、分析和討論。
　?、塾捎谌?jí)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(shí)有突變，即剛度不連續(xù)變化，會(huì)導(dǎo)致變速箱齒輪嚙合產(chǎn)生沖擊載荷和噪聲。針對(duì)三級(jí)分段階躍變剛度雙質(zhì)量飛輪的剛度不連續(xù)問(wèn)題，創(chuàng)造性地提出了基于補(bǔ)償

7、原理的連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪的新型結(jié)構(gòu)，引入了轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償裝置，推導(dǎo)出初級(jí)飛輪型線設(shè)計(jì)理論方法，對(duì)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償裝置與初級(jí)飛輪相互作用構(gòu)件間的受力特點(diǎn)，以及轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后的雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩和剛度特性進(jìn)行了分析研究。
　　④針對(duì)所提出的基于補(bǔ)償原理的多級(jí)連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪，分析了雙質(zhì)量飛輪工作時(shí)，引入的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償裝置活動(dòng)構(gòu)件慣性力特點(diǎn)以及慣性力對(duì)雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性的影響。為了消除轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償裝置慣性力對(duì)雙質(zhì)量飛輪的影響，在轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償裝置基礎(chǔ)上加入了慣性力平

8、衡機(jī)構(gòu)，分析了平衡機(jī)構(gòu)對(duì)消除轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償裝置慣性力的效果。并且，考慮轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償裝置和慣性平衡機(jī)構(gòu)中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的摩擦因素，研究達(dá)到平衡慣性力目的設(shè)計(jì)要求，分析和討論了摩擦對(duì)慣性平衡裝置平衡效果的影響。
　　⑤為研究多級(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪的非線性振動(dòng)特性，考慮多級(jí)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(jí)剛度雙質(zhì)量飛輪的汽車(chē)傳動(dòng)系力學(xué)分析扭振模型，采用平均法和Runge—Kutta數(shù)值積分方法對(duì)系統(tǒng)頻率特性的近似解析解以