扭转减振器设计

第五节扭转减振器的设计扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶(通常为三阶)固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。所以，扭转减振器具有如下功能：1)降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。2)增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振3)控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振与噪声。4)缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。扭转减振器具有线性和非线性特性两种。单级线性减振器的扭转特性如图2-14所示，其弹性元件一般采用圆柱螺旋弹簧，广泛应用于汽油机汽车中。当发动机为柴油机时，由于怠速时发动机旋转不均匀度较大，常引起变速器常啮合齿轮齿间的敲击，从而产生令人厌烦的变速器怠速噪声。在扭转减振器中另设置一组刚度较小的弹簧，使其在发动机怠速工况下起作用，以消除变速器怠速噪声，此时可得到两级非线性特性，第一级的刚度很小，称为怠速级，第二级的刚度较大。目前，在柴油机汽车中广泛采用具有怠速级的两级或三级非线性扭转减振器。图2-14单机线性减震器在扭转减振器中，也有采用橡胶代替螺旋弹簧作为弹性元件，以液体阻尼器代替干摩擦阻尼的新结构。减振器的扭转刚度K和阻尼摩擦元件间的摩擦转矩T是两个主要参数。其设计参数还包括极限转矩jT、预紧转矩nT和极限转角j等。1.极限转矩jT极限转矩为减振器在消除限位销与从动盘毂缺口之间的间隙△1(图2-15)时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。它与发动机最大转矩有关，一般可取jT=(1.5～2.O)maxeT(2-27)式中，货车：系数取1.5，轿车：系数取2.O。2.扭转刚度尾k为了避免引起系统的共振，要合理选择减振器的扭转刚度足K，使共振现象不发生在发动机常用工作转速范围内。图2-15减震器尺寸简图K决定于减振弹簧的线刚度及其结构布置尺寸(图2-15)。设减振弹簧分布在半径为0R的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过弧度时，弹簧相应变形量为0R。此时所需加在从动片上的转矩为T=1000KjZ20R(2-28)式中，T为使从动片相对从动盘毂转过弧度所需加的转矩(N·m)；K为每个减振弹簧的线刚度(N／mm)；jZ为减振弹簧个数；0R为减振弹簧位置半径(m)。根据扭转刚度的定义k=T/，则k=1000KjZ20R(2-29)式中k为减振器扭转刚度(N·m／rad)。设计时可按经验来初选kk≤13jT(2-30)3·阻尼摩擦转矩T由于减振器扭转刚度k受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩T一般可按下式初选T=（0.06～0.17）maxeT(2-31)4.预紧转矩nT减振弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，nT增加，共振频率将向减小频率的方移动，这是有利的。但是nT不应大于L，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取nT=(O．05～O．15)maxeT(2-32)5.减振弹簧的位置半径0R0R的尺寸应尽可能大些，如图2-15所示，一般取0R=(0.06～0.75)2d(2-33)6.减振弹簧个数jZjZ参照表2-2选取。表2-2减振弹簧个数的选取摩擦片外径D／mm225--250250--325325--350350jZ4--66--88--10107.减振弹簧总压力F当限位销与从动盘毂之间的间隙△1或△2被消除，减振弹簧传递转矩达到最大值Ti时，减振弹簧受到的压力F为F=jT／0R(2-34)8.极限转角j减振器从预紧转矩增加到极限转矩时，从动片相对从动盘毂的极限转角j为j=2arcsin02Rl(2-35)式中，l为减振弹簧的工作变形量。j通常取3°～12°，对平顺性要求高或对工作不均匀的发动机，j取上限。目前通用的从动盘减振器在特性上存在如下局限性：1)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，因此不能避免怠速转速时的共振。研究表明，发动机、变速器振动系统固有频率一般为40～70Hz，相当于四缸发动机转速1200～2100r／min，或六缸发动机转速800～1400r／min，一般均高于怠速转速。2)它在发动机实用转速1000～2000r／min范围内，难以通过降低减振弹簧刚度得到更大的减振效果。因为在从动盘结构中，减振弹簧位置半径较小，其转角又受到限制，如降低减振弹簧刚度，就会增大转角并难于确保允许传递转矩的能力。近年来出现了一种称为双质量飞轮的减振器(图2-16)。它主要由第一飞轮1、第二飞轮2与扭转减振器11组成。第一飞轮1与联结盘9以螺钉10紧固在曲轴凸缘8上，并以滚针轴承7和球轴承5支承在与离合器盖总成3紧固的同轴线的第二飞轮2的短轴6上。在从动盘4中没有减振器。双质量飞轮减振器具有以下优点：1)可以降低发动机、变速器振动系统的固有频率，以避免在怠速转速时的共振。8-曲轴凸缘9-联结盘10-螺钉11-扭转减振器2)可以加大减振弹簧的位置半径，降低减振弹簧刚度K，并允许增大转角。3)由于双质量飞轮减振器的减振效果较好，在变速器中可采用粘度较低的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。而且由于从动盘没有减振器，可以减小从动盘的转动惯量，这也有利于换挡。但是它也存在一定的缺点，如由于减振弹簧位置半径较大，高速时受到较大离心力的作用，使减振弹簧中段横向翘曲而鼓出，与弹簧座接触产生摩擦，使弹簧磨损严重，甚至引起早期损坏。双质量飞轮减振器主要适用于发动机前置后轮驱动的转矩变化大的柴油汽车中。图2-16双质量飞轮减振器1-第一飞轮2-第二飞轮3-离合器盖总成4-从动盘5-球轴承6-短轴7-滚针轴承8-曲轴凸缘9-联结盘10-螺钉11-扭转减振器