扭转减震器的设计

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1、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

2、 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

3、 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 214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

4、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 图 2-14 单 级 线性减速器的扭转特性非 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 。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

5、构 。减 振 器 的 扭 转 刚 度 和 阻 尼 摩 擦 元 件 间 的 摩k擦 转 矩 是 两 个 主 要 参 数 。 其 设 计 参 数 还 包 括 极T限 转 矩 、 预 紧 转 矩 和 极 限 转 角 等 。j Tnj1 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 215)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 图 2-15 减 速 器 尺寸 简 图(227)max)0.251(eT式 中

6、 ， 货 车 ： 系 数 取 1 5， 轿 车 ： 系 数 取 2 0。2 扭 转 刚 度 是为 了 避 免 引 起 系 统 的 共 振 ， 要 合 理 选 择 减 振 器 的 扭 转 刚 度 ， 使 共 振 现 象 不 发k生 在 发 动 机 常 用 工 作 转 速 范 围 内 。决 定 于 减 振 弹 簧 的 线 刚 度 及 其 结 构 布 置 尺 寸 (图 215)。k设 减 振 弹 簧 分 布 在 半 径 为 Ro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 Ro 。 此 时 所 需 加 在 从 动 片 上 的 转 矩

7、 为（2-28）201KZTj式 中 ， T为 使 从 动 片 相 对 从 动 盘 毂 转 过 弧 度 所 需 加 的 转 矩 (Nm)； K为 每 个 减振 弹 簧 的 线 刚 度 (N mm)； Zj为 减 振 弹 簧 个 数 ； Ro为 减 振 弹 簧 位 置 半 径 (m)。根 据 扭 转 刚 度 的 定 义 ， 则/Tk(2-29)201RKkj式 中 ， 为 减 振 器 扭 转 刚 度 (Nm rad)。设 计 时 可 按 经 验 来 初 选 是 k 13 （ 2-30）kjT3 阻 尼 摩 擦 转 矩 由 于 减 振 器 扭 转 刚 度 是 ， 受 结 构 及 发 动 机 最 大

8、 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 一 般 可 按 下 式 初 选T（2-31） max)17.06.(e4 预 紧 转 矩 n减 振 弹 簧 在 安 装 时 都 有 一 定 的 预 紧 。 研 究 表 明 ， 增 加 ， 共 振 频 率 将 向 减Tn小 频 率 的 方 向 移 动 ， 这 是 有 利 的 。 但 是 不 应 大 于 ， 否 则 在 反 向 工 作 时 ， 扭Tn转 减 振 器 将 提 前 停 止 工 作

9、 ， 故 取（2-32）max)15.0.(enTT5 减 振 弹 簧 的 位 置 半 径 RoRo的 尺 寸 应 尽 可 能 大 些 ， 如 图 215所 示 ， 一 般 取（2-33）)75.06.(0d6 减 振 弹 簧 个 数 jZ参 照 表 22选 取 。jZ表 22 减 振 弹 簧 个 数 的 选 取摩 擦 片 外 径 D mm 225-250 250-325 325-350 350车 4-6 6-8 8 10 107 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

10、时 ， 减 振 弹 簧 受 到 的 压 力 为jT（2-34）0/RFj8 极 限 转 角 针 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 角为j（2-35）02arcsinRlj式 中 ， L 为 减 振 弹 簧 的 工 作 变 形 量 。通 常 取 3O 12O， 对 平 顺 性 要 求 高 或 对 工 作 不 均 匀 的 发 动 机 ， 取 上 限 。j j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

11、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 10002000r rain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 ，

12、 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 216)。 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

13、 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 。 图 216 双 质 量 飞 轮 减 振 器1一 第 一 飞 轮 2一 第 二 飞 轮 3一 离 合 器 盖 总 成4一 9,J t 5一 球 轴 承 6一 短 轴 7一 滚 针 轴 承 8一 曲 轴 凸 缘 9一 联 结 盘 10一 螺 钉 11一 扭 转 减 振 器2)增 大 减 振 弹 簧 的 位 置 半 径 ， 降 低 减 振 弹 簧

14、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 车 中 。