周向长弧形弹簧式双质量飞轮扭转特性研究_曾荣
双质量飞轮扭转减振器的结构与性能分析-2023年学习资料
四冲程发动机只有作功冲程产生动力，其它进气、压缩、排-气冲程是消耗动力，多缸发动机是间隔地轮流作功，扭矩呈 -动输出，这样就给曲轴施加了一个周期变化的扭转外力，令曲-轴转动忽慢忽快，缸数越少越明显。另外，当汽车起步 ，由-于扭力突然剧增会使发动机转速急降而熄火。利用飞轮所具有-的较大惯性，当曲轴转速增高时吸收部分能量阻碍 降速，当-曲轴转速降低时释放部分能量使得其增速，这样一增一降，提-高了曲轴旋转的均匀性。
一、双质量飞轮原理-双质量飞轮是当前汽车上隔振减振效果最好的装置。在双-质量飞轮用于汽车隔振减振时，一部分 轮质量（称为初级质-量用于传递发动机的转动惯量，而另一部分飞轮质量（称为-次级质量则用于提高变速器的转动惯 。两部分飞轮质量经-套弹簧减振系统连接为一个整体。驱动圆盘上配置了一个-“漂浮的”毂组件，上配簧中簧减振器 主要减震可以在既-定扭矩下增加距离，还有一个四圈弹簧盒作前减振。内圈弹簧-可以提高主扭矩减振性能，前减振 主要控制怠速转速，主减-振功能是依次实现的。这种设计使外盘（弹簧座）和中心盘-传动轴之间的相对旋转角度达到 0，从而压缩弹簧控制振-动。传统设计的相对角度只有20。，可做的相对旋转有限。
0-0diDD/222m
发动机后端带齿圈的金属圆盘称为飞轮。飞轮用铸钢制成，-具有一定的重量（汽车工程称为质量），用螺栓固定在曲轴 -端面上，其齿圈镶嵌在飞轮外缘。发动机启动时，飞轮齿圈与-起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转起动。许多人以为，飞 仅是-在起动时才起作用，其实飞轮不但在发动机起动时起作用，还-在发动机起动后贮存和释放能量来提高发动机运转 均匀性，-同时将发动机动力传递至离合器.
二、双质量飞轮的特点-双质量飞轮在减轻高性能车的空档齿轮噪声、提高手动变速-效果方面性能卓越，在重载柴油卡 上也能起到阻止扭转力突-然变大，防止变速齿轮损坏等重要作用。-因此上世纪90年代以来在欧洲得到广泛推广，已 高级轿-车推广到中级轿车，这与欧洲人喜欢手动档和柴油车有很大关-系。众所周知，柴油机的振动比汽油机大，为了 柴油机减少-振动，提高乘坐的舒适性，现在欧洲许多柴油乘用车都采用-双质量飞轮，使得柴油机轿车的舒适性可与汽 机轿车媲美。-在国内，一汽大众的宝来手动档轿车也率先采用了双质量飞轮
弧形螺旋弹簧动态负载特性仿真分析研究
弧形螺旋弹簧动态负载特性仿真分析研究李以农;钱新建;孙伟【摘要】通过建立单节弹簧单元受力模型，分析了长弧形螺旋弹簧在加载和卸载工况下的扭矩负载特性及影响因素。
研究表明：弹簧在工作时处于非均匀压缩状态，具有非线性动态迟滞，且发动机转速及摩擦因数越大，迟滞效应越大。
在此基础上，仿真计算了双质量飞轮与传统离合器从动盘式扭转减振器的动态响应，仿真结果表明：双质量飞轮可大幅度降低变速箱输入轴振动响应，从而降低传动系统的振动噪声。
%In light of the working principle of DMF--CS（dural mass flywheel--circumferential spring）, a force model of single--coil spring unit was established to analyze the loading and unloading torque characteristics of equations of the arc spring, as well as the influencing factors. Results reveal that the arc spring are compressed inhomogeneously in operation condition, and possesses nonlinear hysteresis characteristics which is proportional to the engine speed and friction coefficient. On the basis of that, a comparison between DMF--CS and CTD（clutch torsional damper）is simulated, which illustrates that the former can greatly attenuate the oscillations in automotive powertrains and to reduce the vibration response of gearbox input shaft.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2012(023)002【总页数】6页(P155-160)【关键词】弧形螺旋弹簧;动态负载特性;摩擦阻尼;迟滞效应;仿真分析【作者】李以农;钱新建;孙伟【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044／重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆400000;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】U463.20 引言双质量飞轮（dual mass flywheel，DMF）扭转减振器（下称DMF减振器）克服了传统离合器从动盘式扭转减振器（clutch torsional damper，CTD）空间有限、扭转角小、刚度大等缺点，能有效地减小汽车传动系的扭转振动。
硕士论文-双质量飞轮式扭转减振器的特性研究与优化分析
上海交通大学硕士学位论文双质量飞轮式扭转减振器的特性研究与优化分析姓名：***申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：***20080101究双质量飞轮份的固有振动特性。
最后，对双质量飞轮式扭转减振器进行优化分析。
在双质量飞轮的初级飞轮和次级飞轮上分别安装减振结构，建立新型的双质量飞轮模型。
通过采用拉格朗日函数法，建立行驶和怠速两个工况下的整车传动系动力学方程；以减振效果为评判标准，初步建立新型的双质量飞轮模型；采用设计L25(56)正交试验的方法，完成新模型中的参数匹配；并对新型双质量飞轮模型的固有频率校验，验证新模型的可行性。
双质量飞轮发展前景非常可观，对装备有双质量飞轮的整车动力传动系统进行振动特性研究和优化分析，在理论上和实际上都具有重要的意义。
关键词：双质量飞轮，MATLAB/Simulink，动力传动系，扭转振动，优化分析，正交试验IIThe Characteristic Study and Optimization AnalysisOf Dual Mass FlywheelABSTRACTThe ride performance and comfort degree of automobile would become poor when the powertrain of the vehicle was inspired with vibrations, the main resource of which is the torque undulation of the engine crank. In order to reduce this vibration, torsional dampers are set into the automobile transmission. As a new type of torsional vibration absorber, Dual Mass Flywheel (DMFW or DMF) is highly valued due to its excellent damping properties.Through brief introduction of research overview on dual mass flywheel, multi-degree-of-freedom torsional vibration models of automobile power train equipped with DMFW are built in this project. Transmission virtual prototyping is established in the software of MATLAB/Simulink so that characteristics of DMFW can be analyzed. On this basis, the probability of DMFW optimization is discussed. The main research includes:Firstly, by the analysis of DMFW structure, simulation model of vehicle powertrain is built in MATLAB/Simulink. In driving and idling condition, 15-freedom and 8-freedom models of a certain type of six-cylinder diesel truck transmission are built; and simulation module charts are established in Simulink through kinetic equations of the model.Secondly, vibration characteristics of dual mass flywheel are analyzed. In driving and idling condition, forced vibration of vehicle powertrain is simulated; by comparing with clutch torsional damper, excellent damping property of DMFW is testified. And free vibration characteristic of DMFW isIIIanalyzed through the study of free frequency and free mode of automobile powertrain vibration.Finally, optimization analysis of dual mass flywheel is discussed. By the method of setting damping devices into primary and secondary flywheel, optimization model of DMFW can be built. Through the use of Lagrange method, kinetic equations of automobile transmission, both in driving and idling condition, can be obtained. Based on damping effect, optimization structure of DMFW is confirmed and parameters of optimization model are found by L25(56) orthogonal test. And then, verify free frequency of the optimization model to attest the feasibility of this optimization.Since there is considerable room for the development of DMFW, it is of great significance to research on the vibration characteristic and optimization probability of dual mass flywheel.Keywords: DMFW, MATLAB/Simulink, Automobile powertrain, Torsional vibration, Optimization analysis, Orthogonal testIV上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
周向长弧形弹簧式双质量飞轮迟滞非线性扭转特性模型研究
A p p r o x i m a t eT e c h n i qu e [J ].J o u r n a lo f V i b r a t i o n a n dS h o c k ,2000,19,(3):43‐45.[10] 曾建平,杜用平.干摩擦动力吸振器的MA T L A B仿真及其基于频谱分析的优化设计[J ].振动与冲击,2002,21(2):76‐77,90.Z e n g J i a n p i n g ,D uY o n g p i n g.S i m u l a t i o nB a s e do n MA T L A Ba n dO p t i m i z a t i o nD e s i g nB a s e d o nS p e c -t r u m A n a l y z i n g f o rV i b r a t i o n E q u i p m e n t i n C o n -s i d e r a t i o no fF r i c t i o nF a c t o r [J ].J o u r n a l o fV i b r a -t i o na n dS h o c k ,2002,21(2):76‐77,90.[11] 王民,费仁元.电流变材料在结构振动控制中的非线性特性及理论模型[J ].机械工程学报,2002,38(6):88‐92.W a n g M i n ,F e iR e n y u a n .E x p e r i m e n t a l a n dT h e o -r e t i c lA n a l y s i so fN o n l i n e a rD y n a m i c so fE l e c t r o -r h e oL o g i c a lF l u i d s i n V i b r a t i o nC o n t r o l [J ].C h i -n e s e J o u r n a l o fM e c h a n i c a l ,2002,38(6):88‐92.[12] 区炳显.摩擦减振镗杆的理论与实验研究[D ].北京:北京工业大学,2009.(编辑 苏卫国)作者简介:闫俊霞,女,1984年生㊂江南大学机械工程学院副教授㊂主要研究方向为机械动力学㊁工程机械㊂出版专著1部,发表论文10余篇㊂区炳显,男,1983年生㊂江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院工程师㊂周向长弧形弹簧式双质量飞轮迟滞非线性扭转特性模型研究曾 荣 左 厅 江征风 陈 雷 胡 伟武汉理工大学,武汉,430070摘要:周向长弧形弹簧式双质量飞轮(D M F ‐C S)的扭转特性是扭转刚度及阻尼作用的综合效果,能更贴切地反映D M F ‐C S 的隔振㊁阻振特性㊂对D M F ‐C S 的扭转特性进行仿真分析,获得了不同摩擦因数下的扭转特性迟滞非线性曲线㊂仿真结果表明其滞回面积随摩擦因数的增大而增大,且以无摩擦时的扭矩曲线为基架㊂根据仿真分析结果建立了该D M F ‐C S 的迟滞非线性扭转特性模型㊂进行了该D M F ‐C S 扭转特性试验,应用试验数据对建立的模型进行了参数识别,模型识别结果与试验结果较接近,从而验证了模型的可靠性㊂关键词:周向长弧形弹簧式双质量飞轮(D M F ‐C S);迟滞非线性;扭转特性;摩擦力中图分类号:T H 113.1;T P 306 D O I :10.3969/j .i s s n .1004132X.2015.16.004H y s t e r e s i s T o r s i o nC h a r a c t e r i s t i cM o d e l o fC i r c u m f e r e n t i a l A r c S p r i n g D u a lM a s s F l yw h e e l Z e n g R o n g Z u oT i n g J i a n g Z h e n g f e n gC h e nL e i H u W e i W u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,W u h a n ,430070A b s t r a c t :T o r s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o fD M F ‐C Sw e r e t h ee f f e c t so f t h e t o r s i o n a l s t i f f n e s s c o m b i n e dw i t h t h e s y s t e md a m p i n g ,w h i c h s o p h i s t i c a t e d l y e x p l a i n e d t h e v i b r a t i o n i s o l a t i o n a n d d a m p i n g c h a r a c -t e r i s t i c s o f D M F ‐C S .W i t h t h e s i m u l a t i o no f t h e t o r s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f D M F ‐C S ,t h e t o r s i o n a l h y s -t e r e s i s c u r v e sw e r e p l o t t e du n d e r d i f f e r e n t f r i c t i o nc o e f f i c i e n t s .T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o wt h a t t h eh y s t e r e s i s a r e a i n c r e a s e sw i t ht h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n t s ,a n dt h eh y s t e r e s i sc u r v e sa r ef r a m e db y th e c u r v ew i t h o u tf r i c t i o nf o r c e .A c c o r d i n g t ot h ea b o v er e s u l t s ,t h eh ys t e r e s i st o r s i o nc h a r a c t e r i s t i c s m o d e l o fD M F ‐C Sw a s e s t a b l i s h e d .T h e t o r s i o n c h a r a c t e r i s t i c s e x p e r i m e n t s o fD M F ‐C Sw e r e c o m p l e -t e d ,a n du s i n g t h e e x p e r i m e n t a l d a t a ,t h em o d e l p a r a m e t e r sw e r e i d e n t i f i e d .F r o mc o m p a r i s o n ,t h e i -d e n t i f i c a t i o nm o d e l i s c l o s e t o t h e e x p e r i m e n t a l o n e ,w h i c hv a l i d a t e s t h e r e l i a b i l i t y of t h e e s t a b l i s h e d m o d e l .K e y w o r d s :D M F ‐C S (c i r c u m f e r e n t i a l a r c s p r i n g d u a lm a s s f l y w h e e l );h y s t e r e s i s ;t o r s i o nc h a r a c -t e r i s t i c ;f r i c t i o n f o r c e 0 引言汽车工业的发展对汽车设计水平及行驶性能收稿日期:20140515基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2013‐Ⅳ‐064)提出了更高的要求,传统离合器从动盘式扭振减振器已难以满足当前汽车减振降噪要求㊂新型扭振减振器 双质量飞轮(d u a lm a s s f l yw h e e l ,D M F )式扭振减振器在消减汽车动力传动系的扭振以及降低变速器㊁主减速器的齿轮噪声等方面㊃8412㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.均优于传统离合器式扭振减振器,在国内外得到了广泛的应用㊂本文以周向长弧形弹簧式双质量飞轮(d i r c u m f e r e n t i a l a r cs p r i n g d u a lm a s s f l y w h e e l, D M F‐C S)作为研究对象㊂D M F‐C S通过主次飞轮转动惯量㊁弧形弹簧扭转刚度以及内部阻尼三部分来控制汽车动力传动系统的扭振[1],通过主次飞轮转动惯量及弧形弹簧扭转刚度调整汽车传动系统固有扭振特性,使其一阶扭振频率低于怠速对应频率,避免共振,达到隔振效果㊂发动机启动㊁停止过程中,传动系统不可避免地通过共振区,此时将产生非常大的扭转角,D M F‐C S通过其内部阻尼来降低扭振振幅,以达到阻振效果[2]㊂而弧形弹簧扭转刚度与系统内部阻尼的综合效果即反映D M F‐C S的扭转特性㊂因此,研究D M F‐C S的扭转特性,分析弧形弹簧扭转刚度及系统内部阻尼的变化特征,获得D M F‐C S的隔振㊁阻振特性,对D M F‐C S扭振系统的设计具有指导意义㊂近年来,国内对D M F‐C S扭转特性的研究多集中于对弧形弹簧静刚度理论模型的推导[3‐4],其研究大多忽略摩擦力的影响,与实际情况相比存在一定的误差㊂事实上,摩擦力的存在会导致实际测试刚度比理论计算刚度值大[5],同时,摩擦阻尼的存在使得D M F‐C S在加载㊁卸载过程中存在能量损耗,产生迟滞非线性扭转特性[6]㊂因此,综合摩擦力的影响对研究对象进行分析,将与实际情况更接近㊂本文考虑摩擦力的作用,对D M F‐C S的扭转特性进行分析,建立D M F‐C S迟滞非线性扭转特性模型,根据扭转特性试验数据对模型参数进行辨识,获得了与实际结果较为接近的D M F‐C S扭转特性模型㊂1 D M F‐C S扭转特性仿真1.1 D M F‐C S工作原理D M F‐C S结构如图1所示㊂主飞轮与次级飞轮通过弹簧阻尼系统连接构成二自由度扭振系统㊂主飞轮与曲轴紧密连接,由发动机驱动其运动㊂弧形弹簧周向安装,通过滑道约束其运动方向,使其沿周向运动㊂弹簧与滑道之间填充润滑脂以减小磨损㊂传力板通过弧形弹簧的压缩使扭矩由初级飞轮传递至次级飞轮,即由发动机传递至离合器㊂D M F‐C S的弧形弹簧由两组嵌套式内外弧形弹簧对称安装构成,组成并列式弹簧系统,其中一组弹簧组成形式如图2所示㊂内外弹簧存在安装角度差,使得D M F‐C S的扭转刚度表现为分段式特征,以满足不同工况下的减振要求[3]㊂图1 D M F‐C S结构图图2 弧形弹簧布置图1.2 弧形弹簧力学模型D M F‐C S在工作过程中通过其刚度及惯量组成来改变传动系统的固有扭振特性以达到隔振效果,同时传递发动机输出的扭矩至动力传动系统㊂扭矩的传递通过压缩弧形弹簧完成㊂弧形弹簧在被压缩的过程中,不可避免地受到滑道摩擦力的作用㊂弹簧与滑道之间填充润滑脂,由摩擦学原理可知,只有当弹簧与滑道相对速度足够大时,两者才能完全分离,此时润滑脂达到流体动压润滑状态[7]㊂弹簧与滑道的相对速度即为双质量飞轮的扭振速度,即使在共振点时,由于摩擦力的存在,系统产生阻尼,双质量飞轮的扭振幅值也会被削弱,因此,弹簧与滑道较难被完全分离,将同时存在两固体表面的直接接触以及润滑脂形成的流体动压油膜,即边界润滑状态㊂而D M F‐C S在发生整体扭转时,弧形弹簧相对运动速度更小,弹簧与滑道之间的动压油膜的面积相对于直接的材料接触面积可以忽略,因而可以忽略由润滑脂产生的黏性阻尼力,认为弹簧与滑道之间为干摩擦状态㊂D M F‐C S工作过程中,其扭矩存在加载㊁卸载状态,弧形弹簧在加载与卸载过程中由于变形方向的变化,将会受到不同方向的干摩擦力,使得加载与卸载过程存在着不同的受力情况㊂对弧形弹簧的分析,采用离散化方法[3‐4],即将其离散成线性弹簧单元,分析弹簧单元受力,从而推导弧形弹簧整体的扭转特性㊂使用离散化方法需满足以下前提条件:①每个弹簧单元是线性的,满足直弹簧设计理论;②每个弹簧单元的变形方向一致,均沿周向变形;③忽略弹㊃9412㊃Copyright©博看网. All Rights Reserved.簧惯性力的影响;④长弧形弹簧单元是等节距的㊂弹簧单元在变形过程中会受到前后弹簧单元的弹性力作用,前后弹簧单元的弹性力存在角度差,产生径向分量,由此产生滑道对弹簧的正压力,使得弹簧单元受到与变形方向相反的摩擦力作用㊂弹簧单元受力如图3所示㊂F i -1为第i -1个弹簧单元作用于第i 个弹簧单元的作用力;F i 为第i +1个弹簧单元作用于第i 个弹簧单元的作用力;N i 为弹簧单元所受的支撑力;F f i 为弹簧单元所受的摩擦力;φi 为弹簧单元被压缩后对应的圆心角,i =1,2, ,n ,n 为弹簧有效圈数㊂此外,R 为弧形弹簧外圈分布半径,其中,2R =2R 0+D +d ,R 0为弧形弹簧轴线分布半径,D 为弧形弹簧中径,d 为簧丝直径㊂图3 第i 个弹簧单元受力图图3描述了加载时弹簧单元的受力,此时摩擦力方向为逆时针方向,弹簧单元被顺时针压缩㊂卸载时,摩擦力将会反向,弹簧单元逆时针方向恢复形变㊂摩擦力的方向由弹簧单元所受弹性力大小决定㊂建立弹簧单元静力学模型:(F i -1-F i )c o s (φi /2)=F f i N i =(F i -1+F i )s i n (φi /2)F f i =f N i s g n (F i -1-F i })(1)式中,f 为弹簧与滑道间的摩擦因数㊂根据假设条件①,弹簧单元呈线性特性,若其线刚度为k (N /m ),弹簧单元初始圆心角为φ0,则弹簧单元变形后圆心角为φi =φ0-F i -1k R 0(2)由线性弹簧设计理论[8],有k =G D38d4(3)式中,G 为弹簧材料的剪切模量㊂若弧形弹簧初始分布角为ϕ,则有φ0=ϕ/n (4)弧形弹簧总变形角为θ,则由式(2)可得θ=∑ni =1Fi -1/(k R 0)(5)由式(1)可获得弹簧单元弹性力递推关系式㊂加载时,若初始扭矩较小,使得弹簧单元不能发生形变,则此时弹簧单元将受到静摩擦力的作用,即F i -1c o s (φi /2)=F s 1F i =}(6)式中,F s 1为加载时静摩擦力㊂随着扭矩的增大,静摩擦力增大,当静摩擦力等于动摩擦力时,弹簧单元开始发生形变,此时F i -1c o s (φi /2)≥F f i ,且F i -1>F i ㊂由式(1),则有F i =c o s (φi /2)-f s i n (φi /2)c o s (φi /2)+f s i n (φi /2)F i -1(7)综合式(6)㊁式(7),可获得弹簧加载时弹性力递推公式:F i =c o s (φi /2)-f s i n (φi /2)c o s (φi /2)+f s i n (φi /2)F i -1F i -1c o s (φi /2)≥F f i 0F i -1c o s (φi /2)<F f ìîíïïïïi (8)卸载时,其初始状态为加载的最终状态,即F i 与F i -1均由式(7)描述㊂当F i -1开始减小,但F i -1依旧大于F i 时,弹簧单元此时受到与F i 同向的静摩擦力的作用,即(F i -1-F i )c o s (φi /2)=F s 2(9)式中,F s 2为卸载时静摩擦力㊂当F i -1继续减小直至小于F i 时,弹簧开始恢复形变,此时摩擦力则为与F i -1同向的动摩擦力㊂由式(1)则有F i =c o s (φi /2)+f s i n (φi /2)c o s (φi /2)-f s i n (φi /2)F i -1(10)综合式(9)㊁式(10)可得弧形弹簧卸载时弹性力递推公式:F i =c o s (φi /2)+f s i n (φi /2)c o s (φi /2)-f s i n (φi /2)F i -1 F i ≥F i -1c o s (φi /2)-f s i n (φi /2)c o s (φi /2)+f s i n (φi /2)F i -1,m a x F i <F i -ìîíïïïï1(11)式中,F i -1,m a x 为加载最终状态时F i -1的值㊂由式(2)㊁式(3)㊁式(5)㊁式(8)㊁式(11),通过计算程序可以获得弧形弹簧传递扭矩F iR 0与总转角θ之间的关系㊂1.3 D M F ‐C S 扭转特性仿真分析根据式(2)㊁式(3)㊁式(5)㊁式(8)㊁式(11),应用MA T L A B 软件设计计算程序㊂给定弹簧几何㊁材料参数,输入扭矩,通过计算程序可获得弧形弹簧传递扭矩F i R 0与扭转角θ之间的关系㊂由D M F ‐C S 的结构特征可知,内外弧形弹簧存在着角度差,初始时外弹簧工作,其扭转刚度表现为外弹簧作用的结果;当内弹簧开始工作时,D M F ‐C S 扭转刚度增大,此时扭转刚度表现为内外弹簧㊃0512㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.共同作用的结果㊂分别对内外弧形弹簧进行分析㊂本文分析的D M F ‐C S 与VM 型发动机进行匹配,其型号为J MG E 100506O R A A ,表1所示为其内外弧形弹簧的几何参数与材料参数㊂表1 D M F ‐C S 弧形弹簧参数弹簧分布半径R 0(mm )127.5弹簧剪切模量G (G P a )78.5外弹簧有效圈数n 154外弹簧初始分布角ϕ1(°)153外弹簧中径D 1(mm )21.5外弹簧丝直径d 1(mm )5.2内弹簧有效圈数n 294内弹簧初始分布角ϕ2(°)143内弹簧中径D 2(mm )11内弹簧丝直径d 2(mm )3 弹簧与滑道之间的摩擦因数由弹簧与滑道材料㊁两表面的接触形式㊁粗糙度等因素决定[9],较难计算出准确的摩擦因数值,因此本文通过选取不同的摩擦因数值,分析不同摩擦因数下D M F ‐C S 的扭转特性㊂这里分别选取摩擦因数为0㊁0.04㊁0.08㊁0.12对D M F ‐C S 扭转特性进行仿真计算㊂给定内外弹簧输入扭矩分别为100N ㊃m ㊁200N ㊃m ,输入表1中内外弹簧各项参数,由计算程序分别获得内外弹簧的扭转特性曲线,如图4㊁图5所示㊂图4 内弹簧扭转特性曲线图5 外弹簧扭转特性曲线通过计算程序分别计算出考虑摩擦力影响的内外弹簧加载与卸载时的计算扭转刚度值,如表2所示㊂表2 内外弧形弹簧计算扭转刚度值N ㊃m /r a d摩擦因数f内弧形弹簧外弧形弹簧加载卸载加载卸载206.5262206.5262434.6881434.68810.04216.3098198.4915453.9265416.14650.08223.6136190.7305473.9336398.40640.12232.6664183.3181494.6822381.4610由表1可知,内外弹簧安装角度差为10°,同时,D M F ‐C S 弧形弹簧与滑道之间存在着2°的空载区域[3]㊂由弧形弹簧布置特征可知,该D M F ‐C S 存在两级扭转刚度值,参考文献[3],该类型D M F ‐C S 两级扭转刚度工作角度分别为2°~12°㊁12°~45°,文中给定最大变形角度为36°,综合内外弧形弹簧的扭转变形,可获得不同摩擦因数下D M F ‐C S 的扭转特性曲线,如图6所示㊂图6 D M F ‐C S 扭转特性曲线由仿真结果可知:①加载与卸载过程中,弧形弹簧的扭转刚度均呈现线性特性,且随摩擦因数的增大而增大,同时D M F ‐C S 的扭转刚度呈现分段线性特性;②由于摩擦力的存在,D M F ‐C S 扭转特性呈现非线性迟滞特性,其滞回环面积随着摩擦力的增大而增大;③由摩擦力产生的系统内部阻尼随着扭转角的增大而增大;④仿真产生的弧形弹簧扭转特性滞回曲线均以摩擦因数为0时的扭转特性曲线为基架㊂发动机在启动和停止过程中,转速必将经过轴系共振转速区(低于怠速),动力传动系统将产生较大的扭转角㊂由D M F ‐C S 的扭转特性仿真结果可知,D M F ‐C S 具有较低一级扭转刚度,根据VM 发动机的示功图,D M F ‐C S 一级扭转刚度工作区对应发动机转速约低于1150r /m i n [3]㊂又由于D M F ‐C S 摩擦阻尼随着扭转角的增大而增大,因此在发动机启动㊁停止阶段,D M F ‐C S 具有较小的扭转刚度以及较大的摩擦阻尼,能够有效地降低共振转速范围,并在共振发生时通过摩擦阻尼耗能削弱共振幅值,具有较好的减振效果㊂㊃1512㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.2 D M F‐C S迟滞非线性扭转特性模型由上述仿真结果可知,摩擦力随着弹簧力的增大而增大,而摩擦因数为常数,则摩擦力随扭转角的增大而增大,呈线性,且当加载结束到卸载开始过程中存在着黏滑效应,因而可用黏滑库仑摩擦力模型来描述其摩擦力㊂同时,D M F‐C S扭转特性曲线近似以无摩擦力时的扭转特性线为基架,则可由无摩擦力时的扭矩加/减由摩擦力引起的扭矩获得加载/卸载时的扭矩㊂可用弹性恢复力矩及迟滞非线性摩擦力矩两部分之和来表示传递扭矩,其中,弹性恢复力矩表示其扭转特性基架线,如下式:T(θ(t))=K^θ(t)+μN^R0s g n(θ㊃(t))(12)式中,K^为忽略摩擦时弹簧扭转刚度;μ为弹簧与滑道之间的等效摩擦因数;N^为弹簧受滑道的当量正压力;θ㊃为弧形弹簧运动速度㊂由前述分析可知,D M F‐C S存在两级扭转刚度,即K^1=434.6881N㊃m/r a d,K^2= 206.5262+434.6881=641.2143N㊃m/r a d㊂第1节仿真结果表明,D M F‐C S扭矩随扭转角呈线性变化,而N^随着弹簧变形量的增大而增大,且摩擦因数为定值,因而N^随扭转角θ(t)呈线性变化,可将其写成N^=n0θ(t),n0为常数,单位为N/r a d㊂则式(12)可写成T(θ(t))=θ(t)(K^+μn0R0s g n(θ㊃(t)))(13)令系数k f=μn0R0K^,k f为量纲一常数,则由式(13)描述的模型可写成只需识别该系数的形式:T(θ(t))=K^θ(t)(1+k f s g n(θ㊃(t)))(14)3 D M F‐C S扭转特性试验D M F‐C S扭转特性试验台由涡轮减速器㊁刚性联轴器㊁扭矩传感器㊁D M F‐C S㊁角度传感器等组成,如图7所示㊂涡轮减速器作为动力源,传递扭矩至整个轴系;固定次级飞轮,由扭矩㊁角度传感器分别测量主飞轮扭矩与角度变化,由此转换成D M F‐C S的传递扭矩与扭转角㊂传感器信号由N IP X I6259数据采集卡采集,通过L a b V i e w 软件进行信号读取㊁存储和分析与处理㊂试验过程中匀速缓慢加载与卸载,分别记录加载与卸载时的扭矩与角度数据,对数据进行重采样㊁剔除异常点处理,获得D M F‐C S扭转特性曲线,如图8所示㊂图7 D M F‐C S扭转特性试验台图8 D M F‐C S扭转特性试验曲线4 D M F‐C S扭转特性模型识别将上述试验数据以及无摩擦时扭转刚度值代入式(14),可计算出一系列k f值,如图9所示,图中数据大致落于0.06~0.1区间内㊂对数据点求取平均值,可得k f=0.071926㊂将k f代入式(14),可计算出一系列扭矩值,与试验数据进行对比,获得扭矩误差值:r j=(1+0.071926s g n(θ㊃j))K^jθj-T j(15)式中,j为试验数据点㊂图9 k f序列扭矩误差分布如图10所示㊂由图10可知,误差扭矩围绕横坐标(误差值等于0)呈上下波动趋势,且扭矩误差落于(-3,5)N㊃m区间㊂由上述结果可知k f值是可靠的㊂图10 扭矩误差分布㊃2512㊃Copyright©博看网. All Rights Reserved.将K ^1㊁K ^2及k f 代入式(14),综合D M F ‐C S 结构特征,可将其扭矩模型写成如下形式:T (θ)=00°≤θ≤2°434.6881(θ-2°)(1+0.071926s g n (θ㊃))π/1802°<θ≤12°[641.2143(θ-12°)+4346.881](1+ 0.071926s gn θ㊃)π/180θ>ìîíïïïïïï12°(16)根据该模型,获得该D M F ‐C S 的扭转特性曲线,如图11所示㊂图11 D M F ‐C S 扭矩特性模型识别结果对比模型识别结果与试验结果可知,两者较为接近,该模型能够较好地描述该D M F ‐C S 的扭转特性㊂上述结果表明,由分段线性弹性恢复力矩与库仑摩擦力矩的叠加形式来描述D M F ‐C S 的扭转特性是可行的,进一步说明了D M F ‐C S 扭转特性是其扭转刚度及系统内部阻尼的综合表现㊂5 结论(1)采用离散化方法推导出干摩擦作用下的D M F ‐C S 弧形弹簧力学模型,并由此获得不同摩擦因数下的D M F ‐C S 扭转特性曲线㊂该D M F ‐C S 扭转特性曲线呈现迟滞非线性特性,其滞回环面积随着摩擦因数的增大而增大,滞回线以无摩擦时的扭转特性曲线为基架㊂(2)根据D M F ‐C S 扭转特性仿真结果建立其扭转特性模型,由弹性恢复力及摩擦阻尼力两部分组成,通过试验数据对摩擦参数进行了辨识,获得了该类型D M F ‐C S 迟滞非线性扭转特性模型㊂(3)采用库仑摩擦力能够描述该D M F ‐C S 工作过程中的摩擦力,然而,由于弧形弹簧在变形过程中的径向力与外载荷之间存在联系,随着外载荷的增大而增大,使得其所受摩擦力也随着外载荷的变化而变化,较难辨识出干摩擦因数值㊂参考文献:[1] A l b e r t A.A d v a n c e d D e v e l o pm e n to f D u a l M a s s F l y w h e e l (D M F W )D e s i g n ‐N o i s eC o n t r o l f o rT o -d a y ’s A u t o m o b i le s [C ]//5t h L u K S y m p o s i u m.B üh ,G e r m a n y,1994:1‐28.[2] 刘圣田.双质量飞轮式扭振减振器对振动的控制分析[J ].农业机械学报,2004,35(3):16‐19.L i uS h e n g t i a n .I n f l u e n c e so f aD u a lM a s sF l y w h e e l D a m p e r o n I d l i n g V i b r a t i o n [J ].T r a n s a c t i o n so f t h e C h i n e s eS o c i e t y f o rA g r i c u l t u r a lM a c h i n e r y ,2004,35(3):16‐19.[3] 陈雷.轿车双质量飞轮动力特性研究及其性能参数优化[D ].武汉:武汉理工大学,2009.[4] 陈涛,吕振华,苏成谦.弧形螺旋弹簧弹性特性分析方法研究[J ].中国机械工程,2006,17(5):493‐495.C h e n T a o ,L üZ h e n h u a ,S u C h e n g q i a n .A n a l y s i s M e t h o df o r E l a s t i c C h a r a c t e r i s t i c s o f A r c S p r i n g[J ].C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ,2006,17(5):493‐495.[5] A l b e r sA ,A l b r e c h tM ,K r üg e rA ,e t a l .N e w M e t h -o d o l o g y f o rP o w e rT r a i nD e v e l o p m e n t i nt h eA u t o -m o t i v eE n g i n e e r i n g -I n t e g r a t i o no f S i m u l a t i o n ,D e -s i g na n dT e s t i n g [J ].S A E T e c h n i c a lP a p e r ,2001‐01‐3303,2001.[6] S c h a p e rU ,S a w o d n y O ,M a h lT ,e t a l .M o d e l i n ga n dT o r q u eE s t i m a t i o n o f a nA u t o m o t i v eD u a lM a s s F l y w h e e l [C ]//P r o c e e d i n g so ft h e2009A m e r i c a n C o n t r o lC o n f e r e n c e .S t .L o u i s ,MO ,U S A ,2009:1207‐1212.[7] 温诗铸.摩擦学原理[M ].3版.北京:清华大学出版社,2008.[8] 张英会,刘辉航,王德成.弹簧手册[M ].北京:机械工业出版社,2007.[9] L iZ ,S a n d h uJ .T r a n s m i s s i o n T o r qu eC o n v e r t e r A r c S p r i n g D a m p e r D y n a m i c C h a r a c t e r i s t i c s f o r D r i v e l i n eT o r s i o n a lV i b r a t i o n E v a l u a t i o n [J ].S A E I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fP a s s e n g e rC a r s -M e c h a n i -c a l S ys t e m ,2013,6(1):1483‐1488.(编辑 苏卫国)作者简介:曾 荣,女,1988年生㊂武汉理工大学机电工程学院博士研究生㊂主要研究方向为内燃机扭转振动及减振技术㊂左 厅,男,1994年生㊂武汉理工大学机电工程学院本科生㊂江征风,男,1949年生㊂武汉理工大学机电工程学院教授㊁博士研究生导师㊂陈 雷,男,1981年生㊂武汉理工大学机电工程学院讲师㊂胡 伟,男,1988年生㊂武汉理工大学机电工程学院硕士研究生㊂㊃3512㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。
双质量飞轮-周向短弹簧型扭振减振器弹性特性设计原理及性能分析
减振器的主要结构特点在于其特殊的弹性机 构。该弹性机构由几个 （本例为 ( 个） 组合弹簧组 成， 布置在第一质量和弹簧盖盘形成的弹簧室内， 并 由驱动盘将几个组合弹簧并联起来。每个组合弹簧 由分布半径相同的多个 （本例中为)个） 直螺旋弹簧 借助于滑块和弹簧帽串联而成， 各个组合弹簧中对 应零件的结构参数和布置参数相同。组合弹簧中的 弹簧帽和滑块是弹性机构组件中的重要零件， 它们 是组合弹簧的滑动支架和导向件， 同时起限位作用， 实现了用直螺旋弹簧沿圆周方向传递力的功能， 使 得每个组合弹簧相当于一个长弧形弹簧。此外， 弹 簧帽和滑块既可防止弹簧与第一质量直接接触， 又 可限制每个弹簧的最大压缩量， 是实现减振器弹性 特性分级的必要条件。具体而言， 当减振器扭转角 增大到使第一级弹簧两侧的滑块和弹簧帽接触时， 该级弹簧不再变形。此时组合弹簧的总刚度由开始 时所有弹簧的串联刚度转变成其余弹簧的串联刚 度， 其总扭转刚度增大， 由此实现扭振减振器弹性特 性的分级。因此， 这种 !" # $% & & 型扭振减振器的 万方数据 弹性特性分级既取决于各级弹簧的线刚度相对大
万方数据
下动力传动系的某些阶次的共振频率降低至怠速转 速 以 下， 并使怠速工况的共振转速也进一步降
［ ］ ’ ( % 低 。
此文对一种结构新颖的双质量飞轮(周向短弹 簧 （,= ） 型扭振减振器进行机构原理及其性 > (? @ @ 能分析， 着重研究其弹性机构的多级式非线性弹性 特性， 提出了该类 ,= > 型扭振减振器设计方法的 若干要点， 并分别对汽车怠速和行驶工况下该减振 器的扭振控制性能进行了模拟计算分析。
! 机构及工作原理
,= > 型扭振减振器的基本结构是将发动机的
某车型双质量飞轮设计
某车型双质量飞轮设计摘要：本文对双质量飞轮振动特性做了简要分析，对双质量飞轮的关键零件弧形弹簧进行了弹簧特性推导，并对弹簧进行了设计，确定了飞轮的材料及尺寸，后续对关键零件建立了结构模型。
最后对减振盘进行受力分析，最终确定减振盘性能可满足日常使用需求。
关键词：离合器；双质量飞轮；弹簧；受力分析1 前言随着科技迅速发展，人们对交通工具的舒适性有了更高的要求。
随着大功率发动机的出现，汽车的性能需求得到了极大满足，但汽车传动系统减振降噪的措施却没有得到多大改善。
离合器的扭转减振器虽然对传动系统的噪声降低有所作用，但是也有许多无法解决的问题，比如无法将汽车传动系统的共振降到怠速以下，扭转范围偏小等，双质量飞轮的研究很好的解决了这一问题。
2 双质量飞轮振动特性分析分方便分析可将其结构简化为两自由度扭振系统，如图1所示。
图1 双质量飞轮扭转系统物理简化模型由上图可分析得出,双质量飞轮扭振减振器频响应公式：在降低动力传动系扭振这一重要功能上，双质量飞轮扭振减振器具备着非常显著的优势。
对双质量扭转减振器扭振特性进行推导计算、优化改良后，可最终确定了相关的结构性能参数，共振转速得以降低到实际工作转速范围以下。
3双质量飞轮结构设计3.1扭转减振器主要参数本车型发动机相关参数指标如表1。
表1 某车型发动机参数3.2阻尼参数干摩擦阻尼力矩决定了扭转减振器降低动力传动系统共振振幅的能力。
如果其数值过小，那么系统的扭振振幅就不能得到有效的衰减;但如果干摩擦阻变大，从而会导致扭转减振器尼力矩值过大，就相当于变相地使扭转刚度KT的性能降低。
由此可见，干摩擦阻尼力矩必有一个最佳值。
一般来说，阻尼参数越小越好，但又不能过小，否则会影响从车辆的发动，本设计中阻尼参数取。
3.3转动惯量的选择由固有频率分析可知：当 =时，固有频率ω有最小值，但在设计双质量飞轮的转动惯量时不能仅仅只考虑主、副飞轮和离合器盖以及摩擦片的转动惯量，还要考虑整个传动系的整体性。
双质量飞轮设计与减振特性研究
双质量飞轮设计与减振特性研 究
陈德 民， 史小飞 ， 国强 ， 刘 许晋豪
（０ ０ ２北京 装甲兵工程学 院 机械系） １０ ７ ［ 摘要］为 了研 究弧形弹簧式双质量飞轮的设计方法及减振 效果 ， 总结 了各主要设计参数的设计原则和方法。 以
某重型车辆为 目标车型， 根据其传动 系统详 细参数 ， 设计 出适合 目标车型的双质量飞轮 。 利用 Ａ Ａ 建立 目标 Ｄ ＭＳ
（ ｃｄｍ ｆ ｒ ｒｄＦｒｅ ｎ ｉ ｅ ｎ ｓｔｔ， ｅ ｉ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ Ａ ａｅ ｙｏ ｍｏｅ ｏｃｓ ｇ ｅｒ ｇＩ ｔｕｅＢ ｉｎ １０ ７ ， ｈｎ ） Ａ Ｅ ｎ ｉ ｎｉ ｊｇ
［ ｓ ａｔ ｎｏｄｒｔ ｒｓａｃ ｕｌ ｓ ｆ ｗ ｅｌ ｉ ｒ ｐ ｎ ｓ ｎ ｅ ｆ ｔｅｄｍ ｉｇｅ ｅｔ ｅｉ ｅｓａ ｄｓｌ ｔ ｎ Ａｂｔ ｃ］Ｉ ｒｅ ｅｅｒｈｄａ ｍａｓｌ ｈｅ ｗｔ ａ ｓｒ ｇ ｄｖｒｙ ｈ ａ ｐｎ ｆ ｃ，ｄｓ ｎ ｉ ａ ｎ ｅｅ ｉ ｒ ｏ ｙ ｈ ｃ ｉ ａ ｉ ｆ ｇ ｄ ｃｏ
通过 分析 可知 ，双 质量 飞轮可 简化 为 图 ２所 示 的物理模 型 。其 中 和 分别 对应 双质 量飞 轮
［ ｙｗ ｒ ｓ ｕｌ ｓ ｆ ｗ ｅｌ ｄｎｍｉ ｏｅｓ ｉ ｌ ｉ ； ｘｅ ｍ ｎ Ｋｅ ｏ ｄ ］ｄ ａ ｍａｓ ｙ ｈｅ； ｙａ ｃ ｍ ｄｌ；ｓ ａ ｏ ｅｐｒ ｅｔ ｌ ｓ ｍｕ ｔ ｎ ｉ
双质 量飞 轮是 ２ 纪 ８ 代 中期 出现 的一 ０世 Ｏ年 种新式 汽 车动 力传 动 系扭振 减振 器 ［。经过 近 ３ Ｏ 年 的发 展 ， 已成 功应 用 于多种 车 型 ， 其 是 以柴油 尤 机为 动力 的车 型 ．其 优 良性 能也 在实 际应 用 和试 验研 究 中得到 证实 。双 质量 飞 轮式减 振 器 主要 由 ３部分 所 构 成 ［： 一 飞轮 、 第 ］ 第二 飞轮 和 两 飞 轮 间 的扭 振减 振器 。 图 １ 如 所示 。
周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度理论模型研究
， ， 弹簧圈数为 ｎ 时 ， 设θ ｔ ｔ θ θ １ ＝ω １ ２ ＝ω ２ １ 与 θ ２ 之间存在以下关系 ：
·３ ２ ７ ８·
— — 胡 伟 江征风 曾 荣等 周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度理论模型研究 —
１ 弧形弹簧角刚度公式推导
１． １ 弹簧螺旋线方程的建立 弧形半径为 Ｒ， 弹簧圈 设弹簧簧圈直径为 Ｄ， 弧形分布角为 φ， 簧丝直径为 ｄ， 则弧形弹 数为 ｎ， 簧理论曲线方程建立思想 如 下 ： 设点 Ｐ 沿半径为 ／ ）的圆匀速 转 动 ， 其转动圆频率为ω ２ ｒ（ ｒ＝ Ｄ １， 同时沿半径为 Ｒ 的圆弧 匀 速 转 动 ， 该转动圆频率 为ω 形成图１所示 Ｐ 点的轨迹即为弧形螺旋线 ， ２，
（ （ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎ ｄ ｓ ｉ ｎ ｄ ｃ ｏ ｓ ＋ｃ α α） α α）＝ ０ （ ） １ ０
τ＝
２ ｓ ｉ ｎ α Ｄ
）～ 式 （ ）可得 联立式 （ ８ １ ０
图 １ 弧形Βιβλιοθήκη 簧理论曲线Ｄ ｓ ｉ ｎ Ｄ ｃ ｏ ｓ α α （ ｄ ｓ ｉ ｎ ｋ＋ ｄ ｄ α）＝－ τ烌 ２ ２
（ ｏ ｓ ｄ ｃ α）＝－ ｄ Ｄ ＝－ （ ） ２
０ 引言
， 双质量飞轮 （ 是近 ｌ ｍ ａ ｓ ｓ ｆ ｌ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ＤＭＦ） ｄ ｕ ａ ｙ 几年发展 起 来 的 一 种 汽 车 传 动 轴 系 扭 振 减 振 装 置， 由主飞轮 、 次级飞轮和减振弹簧组成 。 通过调 整汽车动力传动 系 统 的 惯 量 与 刚 度 组 成 ， 双质量 飞轮能使 系 统 固 有 频 率 对 应 的 转 速 低 于 怠 速 转 速， 从而避免共振发生 ， 能有效降低传动系扭转振 动， 得到了广泛应用 。 减振弹簧是 ＤＭＦ 的核心元件 ， 也是 ＤＭＦ 的 研究与设计的基础 。 本文的研究对象是周向长弧 形弹 簧 双 质 量 飞 轮 （ ｃ ｕ ｍ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｒ ｃ ｓ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｒ ｐ ｇ ， 中 的 减 振 弹 簧， Ｃ Ｓ） ｄ ｕ ａ ｌ ｍ ａ ｓ ｓ ｆ ｌ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ＤＭＦ － ｙ 长弧形 Ｃ Ｓ 是 ＤＭＦ 的 一 种 典 型 结 构 形 式 ， ＤＭＦ － 弹簧对称布置于双质量飞轮弹簧滑道上 。 工作过 程中 ， 弹簧在拨盘与主飞轮共同作用下往复压缩 。 静态工况下 ， 双质 量 飞 轮 主 副 飞 轮 的 相 对 扭 转 使 得长弧形弹簧产 生 形 变 ， 因此研究双质量飞轮的 静态刚度 即 可 以 认 为 是 研 究 周 向 长 弧 形 弹 簧 的 刚度 。 目前 ， 国内对 ＤＭＦ Ｃ Ｓ的 长 弧 形 弹 簧 的 研 究 －
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（ ） 文章编号 ： １ ０－０ ９ ２ ５ ２ ０ １ ４ ０ ６－０ １ １ ３－０ ８ ０ ０
３ ５ ０ ０ １ ２ ６
周向长弧形弹簧式双质量飞轮扭转特性研究
曾 荣， 江征风 ， 陈 雷， 胡 伟 （ ） 武汉理工大学 机电工程学院 ， 武汉 ４ ０ ７ ０ ３ ０
ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｄ ｕ ａ ｌ Ｍ ａ ｓ ｓ Ｆ ｌ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｒ ｅ ｓ ｙ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ Ａ ｒ ｃ Ｓ ｒ ｉ ｎ ｓ ｐ ｇ
收稿日期 ： ０ ３ ０ ７ ４ ２ ０ １ － － ） 基金项目 ：中央高校基本科研业务费专项基金资助项目 （ ０ ６ ４ ３ ２ ０ １ －Ⅳ－ ， ： 。 作者简介 ：曾 荣 （ 女， 博士生 ， 主要研究方向为内燃机扭转振动及减振技术 ， ８ ） Ｅ－ｍ ｌ ｚ ｅ ｎ ｒ ｏ ｎ ｈ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ １ ９ ８ ａ ｉ ＠ｗ ｇ ｇ
， ， ， Ｚ Ｅ Ｎ ｆ ｅ ｎ Ｃ Ｇ Ｒ ｏ ｎ Ｊ Ｉ Ａ Ｎ Ｇ Ｚ ｈ ｅ ｎ Ｈ Ｅ Ｎ Ｌ ｅ ｉ Ｈ Ｕ Ｗ ｅ ｉ － ｇ ｇ ｇ
（ ， ， ） Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ
：Ｔ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａ ｂ ｓ ｏ ｒ Ｃ Ｓ） ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｄ ｕ ａ ｌ ｍ ａ ｓ ｓ ｆ ｌ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｒ ｃ ｓ ｒ ｉ ｎ ｓ（ ＤＭＦ － ｙ ｐ ｇ
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ４ ０ ２ 文献标识码 ：Ａ
０ 概述 汽车技术的 迅 猛 发 展 ， 促进了更高效率发动机 的应用 ， 同时 也 带 来 了 新 的 振 动 与 噪 声 问 题。 发 动 机工作过程中的不平衡惯性力及气缸 中 的 气 体 压 力 造成曲轴的 扭 矩 波 动 ， 带 来 扭 转 振 动。 随 着 人 们 对
］ ３ ４ － 。 实 际 上， 阻尼 型的推导及静态弹 性 特 性 的 分 析 ［
Ｃ Ｓ 需具有较低的刚度和阻尼 。 １． ２ 起停阶段 发动机在起动 、 停止阶段 ， 将不可避免通过共振 区 。 当共振发 生 时 ， 动力传动系统存在低频振动且 伴随 着 较 大 的 扭 转 角 ， 扭转角随着转速的降低而增 因而此时 大 。ＤＭＦ Ｃ Ｓ 需能 有 效 地 消 减 共 振 幅 值 ， － Ｃ Ｓ 应具备低较低刚度及高阻尼 。 ＤＭＦ － １． ３ 加载阶段 发动机加载过程中， 将产生更低频率的扭转振动及 大扭转角， 此时 ＤＭ Ｃ Ｓ需要更低的刚度及大阻尼。 Ｆ － 综上 ， 理想状 态 下 ＤＭＦ Ｃ Ｓ应具有较低刚度且 － 阻尼消耗的能量随着振动角度的增大而增多 ， ＤＭＦ － Ｃ Ｓ 的设计需尽可能满足不同工况下的减振要求 。 Ｃ Ｓ 整体扭转特性 ２ ＤＭＦ － 往复式惯性力矩及活塞中气 体 压 力 矩 叠 加 形 成 发动机扭矩波动 ， 使得动力传动系 统 扭 矩 产 生 波 动 ， ） 则 ＤＭＦ 所示 。 Ｃ Ｓ 输入扭矩形式如式 （ １ － ） （ Ｔ ＝ Ｔ０ ＋ ∑Δ Ｔ ｓ ｉ ｎ ｉ ｔ ω０ ｉ （ ） １
， 噪 声 －振 动 －平 顺 性 （ ｎ ｖ ｉ ｂ ｈ ａ ｒ ｓ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｉ － － 问题的 日 益 关 注 ， 对曲轴扭转振动的控制提 ＮＶＨ） 出了 更 高 要 求 ， 传统离合器从动盘式扭振减振器不 再能满 足 目 前 新 的 减 振 降 噪 要 求 。 新 型 扭 转 减 振 ， — — 双质量飞轮 （ 能更 器— ｌ ｍ ａ ｓ ｓ ｆ ｌ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ＤＭＦ） ｄ ｕ ａ ｙ 有效 地 消 减 发 动 机 扭 转 振 动 ， 在国内外得到了广泛
第３ ５卷 第６期 ２ ０ １ ４年１ ２月
内 燃 机 工 程 Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｇ ｇ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５Ｎ ｏ ． ６ Ｄ ｅ ｃ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ． ２ ０ １ ４
１］ 。而发动机起停过程中将不可避免 率， 避免共 振 ［ ２］ ， 合理设计阻尼环节能有效地削弱 地通过共振 区 ［
图 １ ＤＭＦ Ｓ 结构图 －Ｃ
共振振幅 。 弧形弹簧扭转刚度 （ 弹性力 ） 与阻尼（ 力） 的综合效果即为 ＤＭＦ Ｃ Ｓ 的扭转特性 。 研 究 ＤＭＦ － － 分 析 弹 性 力 及 阻 尼 的 变 化 特 征， 获 Ｃ Ｓ 的扭转特 性 ， 得 ＤＭＦ 能有效指导弧形弹簧及阻 Ｃ Ｓ 减 振 特 性， － 尼的设计 。 近年来 ， 国内 对 ＤＭＦ Ｃ Ｓ扭转特性的研究多忽 － 略阻 尼 力 的 影 响 ， 集中在对弧形弹簧静刚度理论模
： ； ； Ｋ Ｃ ｆ ｒ ｄ ｓ Ｉ Ｃ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ＤＭＦ ｌ ｔ ｉ ｅ ｄ ｏ ｍ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｅ ｗ ｏ Ｓ；ｍ ｕ ｒ ｅ － － ｇ ｙ ； ； ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｄ ｅ ａ ｌ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｄ ｅ ｅ ｎ ｄ ａ ｍ ｉ ｎ ｓ ｅ ｅ ｄ － ｐ ｐ ｇ ｐ
力的存在 会 导 致 实 际 测 试 刚 度 比 理 论 计 算 刚 度 值
， ， ｗ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｕ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｏ ｆ ａ ｒ ｃ ｓ ｒ ｉ ｎ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ ｇ ｙ ｇ ｐ ｇ ， ， ｆ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｌ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｌ ｕ ｍ ｅ ｄ ｍ ａ ｓ ｓ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｅ ｄ ｏ ｍ ｔ ｏ ｒ － － ｙ ｇ ｐ ， ｓ ｉ ｏ Ｃ Ｓ ｗ ａ ｅ ｔ ａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｎ ａ ｌ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ＤＭＦ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ － ｇ ｐ ｙ ｐ ，ｗ Ｃ Ｓ ｗ ｅ ｏ ｆ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ＤＭＦ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｈ ｉ ｃ ｈ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ － － ｙ ｓ ｕ ｌ Ｃ Ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｍ ｉ ｎ ｏ ｆ ＤＭＦ － ｐ ｐ ｇ ； ， ｃ ｏ ａ ｉ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｅ ｄ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍ ｉ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｒ ｏ ｗ ｓ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｓ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｔ ｈ ｇ ｐ ｐ ｇ ｇ ｙ ｇ ｐ Ｃ Ｓ ｃ ａ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ｌ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ａ ＤＭＦ ｎ ｍ ｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｉ ｄ ｅ ａ ｌ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ － ｇ ｑ ， ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｔ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｅ ｅ ｄ ｂ ｕ ｔ ｉ ｔ ｓ ｄ ａ ｍ ｉ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ｕ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｔ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ｓ ｅ ｅ ｄ ． ｐ ｐ ｇ ｙ ｇ ｐ ） 的扭转特性 进 行 了 研 究 。 通 过 离 散 化 摘要 ：对周向长弧形弹簧式双质量飞轮 （ Ｃ Ｓ ＤＭＦ － 方法建立了 ＤＭＦ 获得其整体扭转特 性 仿 真 结 果； 根据集中质量 Ｃ Ｓ 长弧形弹簧静力 学 模 型 ， － 获 得 其 局 部 扭 转 特 性 仿 真 结 果； 模型建立了 ＤＭＦ 完 成 了 ＤＭＦ Ｃ Ｓ 多自由度扭振模型 ， Ｃ Ｓ扭 － － 转特性试验 ， 验证了上述仿真分析结果的正确性 。 理论研究及试验结果表明 ： Ｃ Ｓ 扭转刚 ＤＭＦ － 度与阻尼具有转速相关性 ， 随着转速的增大而增大 ， 且阻尼耗能随着扭转角的增大而增加 。 上述 高速区时其减振效果不明显 。 结果说明 ＤＭ Ｃ Ｓ 在车辆低速区时能满足理想扭转特性要求 ， Ｆ － 关键词 ： 内燃机 ； 周向长弧形弹簧式双质量飞轮 ； 多自由度扭振模型 ； 阻尼 ； 转速相关性 ； 理想扭 转特性