新型三级刚度扭转减振器设计开发及性能分析

韦任麒

摘 要：本文主要是对一种新型的三级刚度从动盘扭转减振器设计开发及性能进行了分析，这一种新型的设计开发相比较于传统的二级刚度扭转减振器设计来说有着更为良好的减震效果，尤其是在小转矩工况之下；而且该设计结构十分的简单，相比较于其它多级减振器来说成本上也具有显著的优势。

关键词：新型三级刚度；扭转减振器；设计开发；性能分析

0.引言

在社会不断发展过程中，汽车工业发展速度也变得越发的迅速，人们生活质量的不断提升更是促使其对汽车舒适性以及振动噪声控制有着更高的要求。在这种时代背景之下，汽车厂商也越发的重视变速器敲齿噪声以及汽车减振效果，也正是因为如此也产生了具备较为良好减振效果的双质量飞轮，相比较于传统的二级扭转减振器来说，新型的双质量飞轮在使用过程中能够促使减振弹簧前后惯量重新分配变速器输入轴端惯量也会因此而得到显著增加，而且减振弹簧大多是布置在飞轮外侧，弹簧空间也就能够因此而增大，这个时候就能使用刚度较小的弹簧，也正是因为如此汽车才具备较为良好的隔离扭振作用。可是，双质量飞轮因为在性能方面较为良好，其在成本上也就比传统二级从动盘减振器成本要高的多，而为了能够更好地改善成本与性能之间的问题，本文也对其进行了以下研究。

1.新型三级刚度扭转减振器设计概述

在汽车开发与设计过程中经常会使用到的二级刚度从动盘减振器性能曲线，该减振器主要有两个工作区域，其分别是预减振以及主减振，其中预减振主要的作用就是满足怠速等极小转矩的工况，而主减振主要的做工就是满足于加速等较大转矩工况。可是相对于小转矩的工况来说，想是冷车怠速、爬行等，通常情况下减振器工作区域都是在预减振区域，而这一区域并不是在任何时候都能够很好的满足小转矩工况需求，需要从动盘减振器中引进新的针对于小转矩工况的工作区域[1]。

下图1 则是一个三级刚度从动盘扭转减振器性能曲线，在这一设计开发过程中，其在主减振、预减振两者之间增加了一个过渡区域，有这一区域一旦负载属于小转矩的时候，从动盘减振器工作也就会在这一区域，这样也就能够获得较为良好的减振效果，常见的三级刚度减振器有LUK、Valeo 的大转角减振器等等。

本文在新型三级刚度扭转减振器设计开发过程中，主要是在常用的二级刚度从动盘扭转减振器基础上，增加了一个额外的二级套板，以此来构成了一个新型的三级刚度减振器，而且还在主减振区域上新增加了一个小转矩减振弹簧，轴向空間也就变得较大，弹簧刚度范围也具备较为良好的可调性，这一设计与开发因为是在原二级刚度基础上进行开发的，所以在成本方面也具备较为良好的优势。

2.新型三级刚度扭转减振器设计开发及性能分析

2.1车辆相关信息

本次设计开发通过对某研发车型的理论计算以及整车扭振测试，选择出了恰当的从动盘减振器参数以此来实现传动系统匹配。

2.2二级刚度从动盘扭转减振器初选

2.2.1预减振

在怠速工况之下，从动盘通常情况下工作区域都是预减振区域，而其转矩容量则是由变速器拖曳转矩而决定，在热车条件之下，变速器拖曳转矩通常都需要控制在1-1.5 N？m。预减振刚度C1则为C1= TD /β1，其中，TD则为车辆空挡怠速工况下变速器的拖曳转矩，这个时候取1. 5N？m；β1为预减振工况下弹簧的极限转角，因为结构限制通常情况下不会大于8度。从减振这一角度出发的话，在满足转矩容量的前提之下，弹簧刚度越小其扭转隔离也就会越有利。

2.2.2主减振

主减振刚度通常情况下都是由汽车发动机最大转矩而决定，通常主减振的转矩容量都会取最大发动机转矩的1.3倍，所以我们能够得到C2 = 1. 3Temax /β2，其中Temax主要指的是发动机输出的最大转矩，为如果是135N？m； β2为主减振弹簧的转角，其通常会是 15°左右。

2.3冷车怠速工况改善情况

这一新型三级刚度扭转减振器在使用过程中，其对于其它小转矩工况也存在较为良好的隔振效果，像是冷车怠速工况上就有着较为良好的改善效果。因为冷车状态下的变速器拖曳转矩相比较于热车状态下的变速器拖曳转矩明显要大的多，按照我们所测量得到的变速器转动惯量以及角加速度，我们能够估算出该变速器拖曳转矩为 2. 48N？m，相比较于热车状态下的1. 2N？m而言明显要大的多。在冷车怠速工况之下，因为拖曳转矩本身就已经超过了预减振的转矩容量，这个时候从动盘在预减振机构以及主减振机构之间就会出现往复摆动的情况，这个时候也就会促使变速器产生较大的噪声。可是，在应用新型三级刚度扭转减振器之后，汽车冷车怠速过程中变速器的敲齿噪声得到了较为显著的改善。

变速器输入轴角加速度/发动机角加速度比为 504. 57 /1383. 01 = 0. 36，由此可见，从动盘对于发动机的扭转振动有着较为显著的改善。此外，在对所测量得到的输出曲线进行阶次分析，在使用新型三级刚度扭转减振器之后，其改进之后的1阶振动已经明显的得到了消除，而在2阶扭转振动上则有着较为显著的改善。

总而言之，这一新型三级刚度扭转减振器在设计与开发过程中，使用lCAE 仿真技术来对汽车变速器NVH 性能进行了研究，同时也对汽车传动系统疲劳耐久性、变速器润滑系统流场模拟与效果进行了评价，另外还使用了刚柔耦合多体动力学对驻车系统性能进行了评价，借助AMESIM 一维仿真对企业液压系统进行了合理评价，最终验证了CAE的可靠性。最终得出该新型三级刚度扭转减振器在使用过程中具备较为良好的性能。

3.结语

综上所述，本研究提出了一种结构较为简单的三级刚度从动盘减振器，在经过整车测试之后，我们发现其相比较于传统的二级刚度从动盘减振器而言，其能够具备更为良好的隔振效果，而且在设计开发过程中也十分的简单，只需要在传统二级刚度从动盘减振器上进行简单的开发与设计就能实现，所以在成本控制上也有着较为显著的优势

参考文献：

[1] 李伟， 史文库， 龙岩. 双质量飞轮——四连杆-弹簧机构型扭振减振器弹性特性分析与优化设计[J]. 汽车技术， 2008（9）：17-21.

[2] 吕振华， 吴志国， 陈涛. 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[J]. 汽车工程， 2003， 25（5）：493-497.