專利名稱：連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車傳動(dòng)系動(dòng)力總成的雙質(zhì)量飛輪，尤其涉及汽轎車發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器變速箱之間的雙質(zhì)量飛輪。
背景技術(shù)：
隨著越來越強(qiáng)有力的引擎的出現(xiàn)和對(duì)汽車整體行駛性能要求的提高，使得雙質(zhì)量飛輪的發(fā)展面臨越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為適用低轉(zhuǎn)速小扭矩的柔性使一階共振轉(zhuǎn)速降低到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速以下以避免一階共振和高轉(zhuǎn)速大扭矩高反抗轉(zhuǎn)矩的大剛度使最大反抗轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩并具有過載保護(hù)，LM公司等研究出分段組合剛度雙質(zhì)量飛輪，每組減振器由多個(gè)彈簧從串聯(lián)到單聯(lián)最后至并聯(lián)，其轉(zhuǎn)矩曲線如圖1粗實(shí)線Ia所示。由圖1知，分段組合剛度雙質(zhì)量飛輪在小扭轉(zhuǎn)角時(shí)更具柔性，在大扭轉(zhuǎn)角時(shí)具有更大的反抗轉(zhuǎn)矩，但是雖然轉(zhuǎn)矩特性連續(xù)，由于各段轉(zhuǎn)矩特性仍為線性變化，在切換時(shí)剛度產(chǎn)生突變，即產(chǎn)生剛度躍變現(xiàn)象，導(dǎo)致變速箱齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊載荷和噪聲，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖1的細(xì)實(shí)線加為單級(jí)剛度的雙質(zhì)量飛輪，其轉(zhuǎn)矩曲線近似為斜直線，剛度基本不變，雖無剛度躍變現(xiàn)象，但難以滿足在大扭轉(zhuǎn)角下的大轉(zhuǎn)矩的要求，并同時(shí)兼顧小扭轉(zhuǎn)角時(shí)的小剛度。而雙質(zhì)量飛輪必須保證一階共振轉(zhuǎn)速被隔離在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速以下，要求小扭轉(zhuǎn)角時(shí)具有小剛度，因而單級(jí)剛度的雙質(zhì)量飛輪無法獲得大扭轉(zhuǎn)角時(shí)的高反抗轉(zhuǎn)矩，不能應(yīng)用于具有大功率、大輸出轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種基于形狀約束的連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪。使用該汽車雙質(zhì)量飛輪可獲得隨扭轉(zhuǎn)角增加而轉(zhuǎn)矩特性非線性增大的連續(xù)變剛度的良好特性和結(jié)合摩擦特性，降低和吸收扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)變速箱的沖擊；在滿足相同最大轉(zhuǎn)矩的條件下，不僅在小扭轉(zhuǎn)角時(shí)更具有柔性，同時(shí)其減振彈簧承受的載荷更小， 扭轉(zhuǎn)角可設(shè)計(jì)得更大，進(jìn)一步提高抗沖擊的緩沖能力。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪，包括啟動(dòng)齒圈、 初級(jí)飛輪、次級(jí)飛輪和減振器；所述減振器包括第一彈簧座、第二彈簧座和減振彈簧；所述次級(jí)飛輪的外壁為正η邊形結(jié)構(gòu)，在外壁的各個(gè)面的中部形成向外凸起、且對(duì)彈簧座起限位作用的弧形過渡曲面II ；所述初級(jí)飛輪的內(nèi)壁圓周上均布有η個(gè)突塊，相鄰兩個(gè)突塊之間的初級(jí)飛輪內(nèi)壁的中部形成向外凸起、且對(duì)彈簧座起限位作用的弧形過渡曲面I ；所述初級(jí)飛輪與次級(jí)飛輪之間、且在相鄰兩個(gè)突塊之間形成減振器容置腔；所述第一彈簧座可滑動(dòng)的設(shè)在減振器容置腔內(nèi)、且位于減振器容置腔一側(cè)的突塊與弧形過渡曲面I之間；所述第二彈簧座可滑動(dòng)的設(shè)在減振器容置腔內(nèi)、且位于弧形過渡曲面I與減振器容置腔另一側(cè)的突塊之間；所述弧形過渡曲面I與弧形過渡曲面II在徑向方向上的距離小于第一彈簧座和第二彈簧座的橫向尺寸；所述減振彈簧一端壓在第一彈簧座上，另一端壓在第二彈簧座上。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一彈簧座和第二彈簧座均為套帽結(jié)構(gòu)，第一彈簧座和第二彈簧座上靠近帽口的帽壁上設(shè)有缺口 ；所述第一彈簧座和第二彈簧座均與減振器容置腔的內(nèi)壁單自由度滑動(dòng)配合，第一彈簧座和第二彈簧座通過其上的缺口可相互貼合。本發(fā)明的連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明在初級(jí)飛輪的內(nèi)壁和次級(jí)飛輪的外壁上分別設(shè)有弧形過渡曲面，使初級(jí)飛輪對(duì)彈簧座的約束反力方向偏轉(zhuǎn)，以增大彈簧座對(duì)次級(jí)飛輪的作用力，從而達(dá)到非線性增大反抗轉(zhuǎn)矩的作用，實(shí)現(xiàn)了低轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)矩的柔性和高轉(zhuǎn)速高反抗轉(zhuǎn)矩大剛度的目的。2、使用該汽車雙質(zhì)量飛輪可獲得隨扭轉(zhuǎn)角增加而轉(zhuǎn)矩特性非線性增大的連續(xù)變剛度的良好特性和結(jié)合摩擦特性。3、在扭轉(zhuǎn)角增大和減小時(shí)產(chǎn)生不同的扭矩，降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的一階共振轉(zhuǎn)速和提高了二階共振轉(zhuǎn)速，使一、二階共振轉(zhuǎn)速完全被有效地隔離在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速之外，降低和吸收扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)變速箱的沖擊，避免了分段組合剛度雙質(zhì)量飛輪在切換時(shí)剛度產(chǎn)生突變導(dǎo)致變速箱齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊載荷和噪聲。4、與GAT公司的單級(jí)剛度的雙質(zhì)量飛輪相比，在滿足相同最大轉(zhuǎn)矩的條件下，不僅在小扭轉(zhuǎn)角時(shí)更具有柔性，同時(shí)其減振彈簧承受的載荷更小，扭轉(zhuǎn)角可設(shè)計(jì)得更大，進(jìn)一步提高了抗沖擊的緩沖能力。



圖14為3. OL雙質(zhì)量飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為3. OL雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。圖2為連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示。連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪，包括啟動(dòng)齒圈1、初級(jí)飛輪2、次級(jí)飛輪3和減振器。啟動(dòng)齒圈1的內(nèi)壁與初級(jí)飛輪2的外壁過盈配合。減振器包括第一彈簧座4、第二彈簧座5和減振彈簧 6。其中，次級(jí)飛輪3的外壁為正η邊形結(jié)構(gòu)(圖1中，次級(jí)飛輪3的外壁為正六邊形結(jié)構(gòu))，在外壁的各個(gè)面的中部形成向外凸起、且對(duì)彈簧座起限位作用的弧形過渡曲面II 9。初級(jí)飛輪2的內(nèi)壁圓周上均布有η個(gè)突塊7(圖1中，在初級(jí)飛輪的內(nèi)壁圓周上均布有六個(gè)突塊)，相鄰兩個(gè)突塊7之間的初級(jí)飛輪2內(nèi)壁的中部形成向外凸起、且對(duì)彈簧座起限位作用的弧形過渡曲面I 8。初級(jí)飛輪2與次級(jí)飛輪3之間、且在相鄰兩個(gè)突塊7之間形成減振器容置腔10 ；第一彈簧座4可滑動(dòng)的設(shè)在減振器容置腔10內(nèi)、且位于減振器容置腔10 一側(cè)的突塊與弧形過渡曲面I 8之間。第二彈簧座5可滑動(dòng)的設(shè)在減振器容置腔10內(nèi)、且位于弧形過渡曲面I 8與減振器容置腔10另一側(cè)的突塊之間?；⌒芜^渡曲面I 8與弧形過渡曲面II 9在徑向方向上的距離小于第一彈簧座4和第二彈簧座5的橫向尺寸；減振彈簧6 —端壓在第一彈簧座4上，另一端壓在第二彈簧座5上。第一彈簧座4和第二彈簧座5均為套帽結(jié)構(gòu)，第一彈簧座4和第二彈簧座5上靠近帽口的帽壁上設(shè)有缺口 ；第一彈簧座4和第二彈簧座5均與減振器容置腔10的內(nèi)壁單自由度滑動(dòng)配合，第一彈簧座4和第二彈簧座5通過其上的缺口可相互貼合。第一彈簧座4 套在減振彈簧6的一端上，第二彈簧座5套在減振彈簧6的另一端上。該連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪在運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過啟動(dòng)齒圈1和初級(jí)飛輪2驅(qū)動(dòng)第一彈簧座4在減振器容置腔10內(nèi)向前滑動(dòng)，第一彈簧座4壓縮減振彈簧6使第二彈簧座5推動(dòng)次級(jí)飛輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，次級(jí)飛輪3再經(jīng)離合器將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸入至變速箱。為獲得連續(xù)變剛度的高轉(zhuǎn)矩特性，對(duì)半徑為Rtl的圓弧段采用修正曲線(即弧形過渡曲面18)，使形狀改變后初級(jí)飛輪對(duì)彈簧座的約束反力方向偏轉(zhuǎn)，以增大彈簧座對(duì)次級(jí)飛輪的作用力，從而達(dá)到非線性增大反抗轉(zhuǎn)矩的作用，實(shí)現(xiàn)了低轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)矩的柔性和高轉(zhuǎn)速高反抗轉(zhuǎn)矩大剛度的目的。其原理如下如圖3a所示，減振彈簧力Fq沿減振彈簧軸線方向指向彈簧座，次級(jí)飛輪與彈簧座的接觸面為平面，正壓力N2與該平面垂直，總約束反力F2與N2夾角為摩擦角約，F(xiàn)q與F2的交點(diǎn)為J，總約束反力F1與正壓力N1夾角為摩擦角仍。根據(jù)三力平衡必匯交，對(duì)圖3a，正壓力(法向反力)N1應(yīng)在JO線上。采用形狀約束曲線(即弧形過渡曲面I 8)如圖北所示，正壓力N1應(yīng)通過O1J的連線，O1點(diǎn)為初級(jí)飛輪內(nèi)壁與彈簧座接觸點(diǎn)P的曲率中心，總約束反力F1偏轉(zhuǎn)了角δ =ZOJOp減振彈簧力^沿其軸線方向，給定相對(duì)扭轉(zhuǎn)角α，根據(jù)減振彈簧的被壓縮量可計(jì)算其大小，式的方向垂直于次級(jí)飛輪直線工作段，作Fq +F1 +F2 = 0的力多邊形，當(dāng)F1按圖北方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)δ，則總約束反力F2增大，故在相同減振彈簧力條件下，對(duì)彈簧座與初級(jí)飛輪相接觸的內(nèi)壁引入形狀約束曲線，增大了反抗轉(zhuǎn)矩。 構(gòu)成形狀約束曲線(即弧形過渡曲面I 8)可采用如漸開線、橢圓曲線及圓曲線等，合理選擇曲線的原則為在相同扭轉(zhuǎn)角α的條件下，具有較大的偏轉(zhuǎn)角δ和較小的徑向縮進(jìn)量Ar。偏轉(zhuǎn)角δ大使F2增量大，而徑向縮進(jìn)量Ar小使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)，如圖 4a、圖4b、圖如所示，圖中11表示曲率中心，12表示基圓，13表示漸開線，14表示橢圓曲線， 15表示圓曲線。圖4a、4b和如中，R3為減振彈簧分布半徑。以圖如的圓曲線為例，根據(jù)彈簧座頭部結(jié)構(gòu)尺寸，在半徑為Rtl的圓弧上適當(dāng)選擇 A、B點(diǎn)，則η =ΖΒ0Ζ，如圖5所示。形狀約束曲線段BQ取半徑為R1、圓心在O1點(diǎn)的圓弧， 為保證形狀約束曲線與半徑為Rtl的圓弧相切，O1點(diǎn)位于0、Β連線上，且代=R0 -L0l0。修正段曲線AQ與QB對(duì)稱于Oy軸，且< =R1 ,如圖5所示。連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性分析xOy坐標(biāo)系建立在初級(jí)飛輪2上，其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖6a、圖6b、圖6c和圖6d所示。相對(duì)扭轉(zhuǎn)角α增大(或有增大的趨勢(shì))與相對(duì)扭轉(zhuǎn)角α減小(或有減小的趨勢(shì))其摩擦力的方向是不同的。設(shè)圖6a和圖6c的減振彈簧的壓縮量相同，則減振彈簧力!^q的大小相同(相同彈簧壓縮變形相同即相對(duì)扭轉(zhuǎn)角α相同)，由于摩擦力的方向不同，故正壓力 N^N' i)、N2(N' 2)與摩擦力的合力即總約束反力F1 (F'2)的大小和方向亦相應(yīng)發(fā)生改變，并使總約束反力F2(F' 2)作用線的方向發(fā)生變化。導(dǎo)致力臂Lf (L' f)不同， 因而對(duì)次級(jí)飛輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T = F2Lf (α增大時(shí))和T' =F' 2L' f(a減小時(shí))也不相同。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加或外載荷減小，扭轉(zhuǎn)角α增大，反之，扭轉(zhuǎn)角α減小。引入摩擦特性的雙質(zhì)量飛輪，在相同扭轉(zhuǎn)角條件下，能自適用地滿足T > T'，這正是該雙質(zhì)量飛輪所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。雙質(zhì)量飛輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖7所示。圖7中，初級(jí)飛輪轉(zhuǎn)過相對(duì)扭轉(zhuǎn)角α = Θ， 剛好與彈簧座接觸，θ為雙質(zhì)量飛輪空轉(zhuǎn)角, 為次級(jí)飛輪外接圓半徑，民為減振彈簧分布半徑，Y為次級(jí)飛輪頂角，初級(jí)飛輪與彈簧座相接觸的工作段為所構(gòu)造的圓心在O1點(diǎn)的圓弧約束曲線。次級(jí)飛輪與彈簧座相接觸的工作段EE7為直線，C、D分別為彈簧座對(duì)減振彈簧的兩支撐點(diǎn)，Z DOY= β。減振彈簧較短，其工作過程可近似為一直彈簧。設(shè)C、D間初始長(zhǎng)度(靜伸長(zhǎng))為L(zhǎng)tl，其對(duì)應(yīng)的初始張角aQ，有
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪，包括啟動(dòng)齒圈(1)、初級(jí)飛輪O)、次級(jí)飛輪( 和減振器；其特征在于所述減振器包括第一彈簧座G)、第二彈簧座( 和減振彈簧(6)；所述次級(jí)飛輪(3)的外壁為正η邊形結(jié)構(gòu)，在外壁的各個(gè)面的中部形成向外凸起、且對(duì)彈簧座起限位作用的弧形過渡曲面11(9)；所述初級(jí)飛輪( 的內(nèi)壁圓周上均布有η個(gè)突塊(7)，相鄰兩個(gè)突塊(7)之間的初級(jí)飛輪O)內(nèi)壁的中部形成向外凸起、且對(duì)彈簧座起限位作用的弧形過渡曲面1(8)；所述初級(jí)飛輪( 與次級(jí)飛輪( 之間、且在相鄰兩個(gè)突塊(7)之間形成減振器容置腔(10)；所述第一彈簧座(4)可滑動(dòng)的設(shè)在減振器容置腔(10)內(nèi)、且位于減振器容置腔 (10) 一側(cè)的突塊與弧形過渡曲面1(8)之間；所述第二彈簧座( 可滑動(dòng)的設(shè)在減振器容置腔(10)內(nèi)、且位于弧形過渡曲面1(8)與減振器容置腔(10)另一側(cè)的突塊之間；所述弧形過渡曲面1(8)與弧形過渡曲面11(9)在徑向方向上的距離小于第一彈簧座(4)和第二彈簧座( 的橫向尺寸；所述減振彈簧(6) —端壓在第一彈簧座(4)上，另一端壓在第二彈簧座(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪，其特征在于所述第一彈簧座(4)和第二彈簧座( 均為套帽結(jié)構(gòu)，第一彈簧座(4)和第二彈簧座( 上靠近帽口的帽壁上設(shè)有缺口 ；所述第一彈簧座(4)和第二彈簧座( 均與減振器容置腔(10)的內(nèi)壁單自由度滑動(dòng)配合，第一彈簧座(4)和第二彈簧座( 通過其上的缺口可相互貼合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪，其特征在于所述第一彈簧座(4)套在減振彈簧(6)的一端上，第二彈簧座( 套在減振彈簧(6)的另一端上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)變剛度高轉(zhuǎn)矩汽車雙質(zhì)量飛輪，包括啟動(dòng)齒圈、初級(jí)飛輪、次級(jí)飛輪、第一彈簧座、第二彈簧座和減振彈簧；次級(jí)飛輪在各面的中部形成凸起的弧形過渡曲面II；初級(jí)飛輪的內(nèi)壁圓周上設(shè)有突塊，相鄰?fù)粔K之間的內(nèi)壁中部形成凸起的弧形過渡曲面I；初級(jí)飛輪與次級(jí)飛輪之間形成減振器容置腔；第一彈簧座和第二彈簧座均可滑動(dòng)的設(shè)在減振器容置腔內(nèi)，減振彈簧設(shè)在第一彈簧座與第二彈簧座之間。使用該飛輪可獲得隨扭轉(zhuǎn)角增加而轉(zhuǎn)矩特性非線性增大的連續(xù)變剛度的良好特性和結(jié)合摩擦特性，降低和吸收扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)變速箱的沖擊；在滿足相同最大轉(zhuǎn)矩的條件下，不僅在小扭轉(zhuǎn)角時(shí)更具有柔性，同時(shí)其減振彈簧承受的載荷更小。
文檔編號(hào)F16F15/31GK102230512SQ201110200839
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者周建東, 宋立權(quán), 李奇敏 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)