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1、 第二章 汽车底盘新技术一、汽车传动系统新技术发动机燃烧过程的周期性会使传动系统内产生扭转振动（扭振），将导致传动系统和车身发出异响。为了降低发动机旋转的不均衡性而造成传动系统的扭振，传统离合器采用扭转减振器来达到减振目的。但是扭转减振器仍无法将整个动力传递系统的固有频率降低到发动机怠速以下，因此，在整个发动机运行过程中仍然存在共振现象。研究表明，发动机、变速器振动系统的固有频率一般为4070 Hz，相当于4缸发动机转速1 2002 100 r/min，或6缸发动机转速8001 400 r/min，一般均高于怠速转速；另外，由于受到扭转减振器弹簧安装半径限制和传递扭矩需要，在实际设计中很难通过
2、降低弹簧刚度来减少扭振，因此在发动机实用转速范围内（1 0002 000 r/min）难以通过降低减振弹簧刚度来得到更大的减振效果，因为在从动盘结构中，减振弹簧安装位置离圆心较近，其转角又受到限制，如降低减振弹簧刚度，就会增大转角并难以确保允许传递扭矩的能力。为了解决离合器从动盘式扭转减振器的不足，双质量飞轮（dual mass flywheel，DMFW）应运而生，它可以有效隔振、减振、降噪，有利于改善汽车的使用和舒适性。双质量飞轮式扭转减振器与离合器从动盘式扭转减振器的结构基本相似，都包括弹性元件、阻尼器，一般都是用螺旋弹簧作为弹性元件，干摩擦作为阻尼器。但是其在动力传动系统中的位置发生了
3、改变。如图2-1所示，双质量飞轮式扭转减振器是将扭转减振器从离合器从动盘中取出，然后将其布置到发动机飞轮中间，使发动机的飞轮由单飞轮演化成具有两个转动惯量的双飞轮。 图2-1双质量飞轮式扭转减振器如图2-2所示，双质量飞轮现已广泛应用于手动变速器（MT）、手自一体变速器（AMT）、自动变速器（AT）和双离合变速器（DCT），特别是与双离合变速器系统搭配具有理想的减振效果。 图2-2双质量飞轮在不同类型变速器上的应用想一想？双质量飞轮有什么特点呢？如图2-3所示，双质量飞轮式扭转减振器两端的转动惯量分配发生了很大变化，它改变了以往传统离合器只能通过改进其刚度和阻尼特性来进行减振的局面，通过合理改
4、变惯量、调整减振弹簧的刚度和阻尼即可得到期望的系统固有频率，进而综合控制动力传动系统的扭振问题；而且由于减振弹簧位置半径的增大，可以增大极限转角并降低弹簧刚度，本质上克服了从动盘式扭转减振器存在的不足。还可以利用转动惯量和扭转刚度的变化来调谐动力传动系统的固有频率，减少共振车速的工况数量。双质量飞轮的次级质量与变速器的分离和接合由一个不带减振器的刚性离合器盘来完成，由于离合器没有了减振器机构，这就减少了离合器从动部分的转动惯量，对变速器的换挡及提高变速器中的同步器寿命十分有利。图2-3双质量飞轮改善舒适性 双质量飞轮将传统飞轮的质量块一分为三，即第一质量飞轮、第二质量飞轮和两质量飞轮之间的扭转
5、减振器。第一质量飞轮与发动机曲轴输出端法兰盘相连，用于补偿发动机惯量；第二质量飞轮通过一个轴承安装在第一质量飞轮上。第二质量飞轮装有离合器盖，负责提高变速器惯量。第二质量飞轮可相对于第一质量飞轮转动一定的角度，两个飞轮之间用一个或多个减振器连接起来。双质量飞轮的结构如图2-4所示。图2-4双质量飞轮的结构1第二质量飞轮； 2主盖（剖视图）； 3浮动的摩擦装置； 4法兰盘； 5滑动轴承；6弧形弹簧； 7第一质量飞轮； 8起动齿圈1.DMF-CS型双质量飞轮 在多年的发展过程中，双质量飞轮式扭转减振器出现了多种不同形式。人们从不同的角度出发，研究解决实际应用中的一些问题，提出了各自的解决方案，最终
6、使双质量飞轮式扭转减振器的性能不断提高。双质量飞轮的结构形式主要有三种：以德国LUK公司产品为代表的周向长螺旋弹簧型（DMF-CS）、以德国Sachs公司产品为代表的周向短螺旋弹簧型（DMF-CSS）和以法国Valeo公司产品为代表的径向螺旋弹簧型（DMF-RS）。DMF-CS型双质量飞轮的结构如图2-5所示，飞轮壳与法兰盘铆接在一起，齿圈焊接在飞轮壳上；盖盘扣在飞轮壳上，其内凹的上半滑动腔与飞轮壳的下半滑动腔组成弹簧滑动腔，弹簧滑动腔里有两个凸缘，用来传递动力；连接环与盖盘、飞轮壳焊接在一起，从而使飞轮壳和盖盘相对固定。法兰盘、飞轮壳、齿圈、盖盘、连接环等相对固定，统称为第一飞轮总成(第一质
7、量)。波形密封圈和盘毂盘铆接在一起(盘毂盘总成)，盘毂盘总成又和第二飞轮铆接在一起，统称为第二飞轮总成(第二质量)，离合器从动盘安装在第二飞轮上面。滑道嵌在飞轮壳和盖盘扣合形成的滑动腔内，引导弹簧的运动；弧形弹簧安装在滑动腔内的滑道里，一端与第一飞轮壳和盖盘的滑道内凸缘接触，另一端与盘毂盘伸出的端部接触。弹簧滑动腔充满黏性油脂，弹簧和黏性油脂形成扭转减振器，连接第一飞轮总成(第一质量)和第二飞轮总成(第二质量)，传递动力的同时起到扭转减振的作用。图2-6所示为某轿车DMF-CS型扭转减振器的弧形弹簧扭转刚度随转速变化的特性曲线，从图中可以看出，在发动机转速较低时，弧形弹簧扭转刚度很低，随着发动
8、机转速的增加，弧形弹簧的扭转刚度也相应增大。可见，采用弧形弹簧的DMF-CS型扭转减振器具有特殊的非线性弹性特性，其主要原因如下。（1）由于弧形弹簧所受载荷的大小和传递方向沿轴线变化，导致其载荷变形特性曲线呈现非线性特征。1.DMF-CS型双质量飞轮 DMF-CS型双质量飞轮的结构如图2-5所示，飞轮壳与法兰盘铆接在一起，齿圈焊接在飞轮壳上；盖盘扣在飞轮壳上，其内凹的上半滑动腔与飞轮壳的下半滑动腔组成弹簧滑动腔，弹簧滑动腔里有两个凸缘，用来传递动力；连接环与盖盘、飞轮壳焊接在一起，从而使飞轮壳和盖盘相对固定。法兰盘、飞轮壳、齿圈、盖盘、连接环等相对固定，统称为第一飞轮总成(第一质量)。波形密封
9、圈和盘毂盘铆接在一起(盘毂盘总成)，盘毂盘总成又和第二飞轮铆接在一起，统称为第二飞轮总成(第二质量)，离合器从动盘安装在第二飞轮上面。滑道嵌在飞轮壳和盖盘扣合形成的滑动腔内，引导弹簧的运动；弧形弹簧安装在滑动腔内的滑道里，一端与第一飞轮壳和盖盘的滑道内凸缘接触，另一端与盘毂盘伸出的端部接触。弹簧滑动腔充满黏性油脂，弹簧和黏性油脂形成扭转减振器，连接第一飞轮总成(第一质量)和第二飞轮总成(第二质量)，传递动力的同时起到扭转减振的作用。图2-6所示为某轿车DMF-CS型扭转减振器的弧形弹簧扭转刚度随转速变化的特性曲线，从图中可以看出，在发动机转速较低时，弧形弹簧扭转刚度很低，随着发动机转速的增加，
10、弧形弹簧的扭转刚度也相应增大。可见，采用弧形弹簧的DMF-CS型扭转减振器具有特殊的非线性弹性特性，其主要原因如下。（1）由于弧形弹簧所受载荷的大小和传递方向沿轴线变化，导致其载荷变形特性曲线呈现非线性特征。 图2-5DMF-CS型双质量飞轮的结构1第二飞轮； 2盘毂盘和波形密封圈； 3齿圈与第一飞轮壳；4滑道； 5外弹簧； 6盖盘和连接环； 7法兰盘图2-6DMF-CS型扭转减振器扭转刚度随转速变化的特性曲线（2）弧形弹簧所受摩擦力随转速变化，随着转速的升高，弧形弹簧所受离心力(摩擦力)迅速增大。加上弹簧舱室中润滑脂的阻尼作用，将导致弧形弹簧弹性特性随转速发生较复杂的变化。2.DMF-CSS
11、型双质量飞轮DMF-CSS型双质量飞轮的结构如图2-7所示。飞轮由两部分组成：第一部分(第一质量)装有起动齿轮，通过螺栓与发动机的曲轴相连接；第二部分(第二质量)与离合器盖用螺栓连接，通过径向和轴向滑动轴承支承在第一部分上，两部分可以相对转动。图2-7DMF-CSS型双质量飞轮的结构 双质量飞轮的主要结构特点在于其特殊的弹性机构。该弹性机构由若干个(本例为2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，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(本例为4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
12、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，弹簧帽和滑块既可以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，由此实现扭转减振器弹性特性的分级。因此，这种DMF-CSS型扭转减振器的弹性特性分级既取决于各级弹簧的线刚度相对大小，也取决于每个组合弹簧中相
13、邻滑块间及滑块与弹簧帽间的初始间距。这与传统分级扭转减振器的弹性特性分级方式不同。传统分级扭转减振器全部弹簧都是并联的，随其工作扭转角增大，有更多弹簧逐步开始参加工作，从而实现分级，如图2-8所示。图2-8 DMF-CSS型双质量飞轮的扭转刚度变化规律3.DMF-RS型双质量飞轮DMF-RS型双质量飞轮的结构如图2-9所示，其减振弹簧为直弹簧，分组安装在由减振器侧板和从动板组成的沿飞轮径向的弹簧室中，其侧板和从动板之间通过两个传动销分别与飞轮的第一质量和第二质量相连。当减振器不工作时，弹性机构组件处于沿飞轮径向的初始位置；当飞轮受到扭矩工作时，其第一、第二质量之间产生相对转角，而减振弹簧只产生
14、简单的轴向压缩变形。图2-10中用两个半径不同的圆分别表示飞轮的第一质量和第二质量，且只画出一组弹簧组件，图示位置表示减振器处于工作状态，飞轮上作用有扭矩T，第一质量和第二质量之间产生相对转角，减振弹簧产生压缩变形l。图2-9 DMF-RS型双质量飞轮的结构图2-10 DMF-RS型扭转减振器机械原理示意图在DMF-RS型扭转减振器中作为弹性元件的几组直圆柱螺旋弹簧沿飞轮的径向布置，使得DMF-RS型扭转减振器具有高度非线性的扭转弹性特性。如图2-11所示，其扭转刚度随着传递扭矩的增加而逐渐增大（其中m和Tm分别为选取的最大相对转角和最大扭矩），这种理想的硬非线性弹性特性是DMFRS型扭转减振
15、器独有的优点；DMF-RS型扭转减振器还具有弹性特性和阻尼特性比较稳定等优点。图2-12所示为DMF-RS型扭转减振器的扭转刚度曲线(其中Km 为最大扭转刚度)。可见，当扭矩和相对转角较小时，减振器的扭转刚度很小；而当扭矩和相对转角增大时，扭转刚度随之增大。因此，DMF-RS型扭转减振器能够以比较简单的结构实现扭转刚度变化较大的硬非线性弹性特性，很适合于动力传动系统扭转减振器的性能要求。图2-11 DMF-RS型扭转减振器的 静扭转弹性特性曲线图2-12 DMF-RS型扭转减振器的 扭转刚度曲线 实践证明，相比以往的双质量飞轮，这种结构可在有限的空间内获得相当好的减振效果，如图2-13所示。
16、图2-13 DMF-RS型与从动盘总成减振效果对比图目前DMF-RS产品发展很快，结构繁多，品种多样。但综合分析，不外乎变更弹性元件和阻尼元件。其弹性元件还有油气弹簧、橡胶弹簧、碟簧、板簧等。阻尼有干摩擦阻尼、油阻尼、液压节流阻尼、机械阻尼等。其各有特点和缺陷，在此不再赘述。你知道双飞轮故障吗1.双离合器离合器位于发动机与变速器之间，是发动机与变速器动力传递的“开关”，是一种既能传递动力、又能切断动力的传动机构。离合器的作用主要是保证汽车能平稳起步，变速换挡时减轻变速齿轮的冲击载荷并防止传动系统过载。在一般手动挡汽车上，换挡时通过离合器分离与接合实现，在分离与接合之间就有动力传递暂时中断的现象。而双离合器可以使变速箱同时有两个挡位啮合，使得换挡更加快速，传动效率相比传统自动变速箱更高。双离合器外观如图2-14所示。 图2-14 双离合器外观双离合变速器源自赛车运动，它最早的实际应用是在20世纪80年代初的保时捷 962C和1985年的奥迪 sport quattro S1 RC赛车上，但是因为耐久性等问题经过10余年的改进后，才真正被普通量产车所应用。双离合变速器的结构如图2-15所示
