雙質量飛輪DMF減振器的研究綜述

2020-11-27 蓋世汽車網

DMF在國內外的發展

上世紀90年代,國外DMF產品已基本趨於成熟,期間出現大量的專利產品和研究論文,產量也急劇增長。目前,包括GM、Ford、VW、Daimler、BMW、Toyota、Honda、Nissan、Renault、PSA、Hyundai和Fiat等公司的多種乘用車和商用車都裝備了DMF減振器。

國內受製造加工水平和一些關鍵工序如採用雷射焊接等的限制,迄今DMF在國內還沒有進入批量生產階段。現在國內中高檔轎車上裝備的DMF幾乎都是進口產品。

常見的DMF結構介紹

為滿足不同尺寸的汽油和柴油發動機與整車匹配的需要,出現約300多種不同形式的DMF減振器。就採用的彈性元件而言,有螺旋彈簧式和橡膠彈簧式之分。而螺旋彈簧式又可根據彈簧的布置分為徑向彈簧式和周向彈簧式,其中周向彈簧式又有長弧形彈簧式和短輕直彈簧式;就所採用的阻尼類型而言,有幹摩擦阻尼式、粘性阻尼式和空氣阻尼式;就採用的軸承來分有滾動軸承式、滑動軸承式和推力軸承式。

周向長弧形螺旋彈簧雙質量飛輪(DMF-CS)是目前世界上最具有代表性的雙質量飛輪,由德國Luk公司於1989年研製。其彈性機構一般為兩組或三組周向長弧形螺旋彈簧。常見的DMF-CS是將不同直徑、不同弧長的弧形螺旋彈簧進行內外嵌套,實現多級彈性特性。普通的DMF-CS結構基礎上,增加一些功能,如在傳力板上安裝短直彈簧與長弧形螺旋彈簧一起構成多極彈性特性;在第一飛輪或第二飛輪上安裝離心擺,以改變兩飛輪的轉動慣量比,形成性能更優越的複合型DMF,這也是DMF-CS應用廣泛的一個原因。

周向短彈簧雙質量飛輪(DMF-CSS)沿用傳統CTD扭振減振器的概念,為保證傳遞足夠大的轉矩,通常由多組彈簧共同工作,每組中的直螺旋彈簧藉助於滑塊和彈簧帽串聯而成;為獲得良好的非線性特性,通常將彈簧剛度設計得不同,起作用的時間也不一樣,以滿足減振器在各種工況下的需要。

徑向雙質量飛輪(DMF—RS)的結構特點在於減振彈簧為直彈簧,分組安裝在由減振器側板、從動板組成的沿飛輪徑向的彈簧室中,其側板和從動板通過兩個傳動銷分別與飛輪的第一質量、第二質量相連。這樣布置彈簧使減振器扭轉剛度隨著傳遞扭矩的增加而逐漸增大,獲得理想的非線性彈性特性。與彈簧周向布置的DMF相比,DMF-RS減振器還有如下優點:彈性特性和阻尼特性比較穩定;受離心力的影響比較小;結構比較簡單。缺點是受徑向尺寸空間的局限,直彈簧有效圈數較少,最大傳遞扭矩有限,只能與小扭矩發動機相匹配,其使用範圍受到限制。

DMF的性能研究

DMF的性能研究主要集中二飛輪的轉動慣量大小、彈性特性及阻尼大小進行優化調整。

轉動慣量比  在扭轉剛度不變的情況下,當轉動慣量比J2/J1等於1時,系統固有頻率最小,即共振轉速最低。共振轉速低時,振動傳遞率較小。DMF可以通過改變第一、二飛輪的質量來滿足整個傳動系統前、後轉動慣量比等於或接近1。

彈性特性  由於汽車運行工況十分複雜,通常採用多級彈性特性。

多級彈性特性設計要點:(1)怠速工況下剛度躍變臨界固有頻率應低於並且遠離發動機怠速轉速;(2)怠速級轉角範圍應至少大於怠速時發動機傳來的轉角波動幅值,儘量保證怠速時DMF工作在怠速級;(3)在滿足行駛級轉角要求的前提下,充分利用有限的轉角設計空間,儘量加大怠速級的轉角範圍,減少危害更大的兩次剛度躍變的發生;(4)儘量減小怠速級和行駛級之間剛度的差別。

阻尼特性  阻尼力對整個傳動系的扭振特性具有顯著而複雜的影響。由於阻尼機理至今仍不十分清楚,目前阻尼特性設計方法只能依靠試驗和經驗,但其設計原則基本可歸納為以下兩點:(1)發生扭轉共振時,應具有大阻尼,以便迅速衰減共振峰值能量;(2)在正常行駛和怠速工況下,為儘量少的消耗系統的有用功,採用小阻尼較好。

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