CN109114164A - 一种自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，包括初级飞轮、阻尼环板、次级飞轮、传力板和阻尼与转动惯量调节装置；所述传力板安装在次级飞轮上，所述阻尼与转动惯量调节装置位于传力板内部，且所述阻尼与转动惯量调节装置在传力板内部径向移动，所述传力板内部均布所述阻尼与转动惯量调节装置，每个所述阻尼与转动惯量调节装置包括沿传力板轴线分布的若干调节单元，所述调节单元沿传力板径向滑动，若干所述调节单元与所述阻尼环板之间的间隙随所述调节单元分布的圆心角增加而变小。本发明实现了阻尼与转动惯量比自适应调节，使双质量飞轮在不同工况下均具备良好的扭振衰减效果。

Description

一种自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮
技术领域
本发明涉及汽车领域或双质量飞轮领域，特别涉及一种自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮。
背景技术
双质量飞轮式扭振减振器将发动机飞轮划分为初级飞轮与次级飞轮两部分，并使用减振弹簧与阻尼机构连接。发动机动力输出传递给初级飞轮，通过减振弹簧推动次级飞轮转动。双质量飞轮改变了发动机飞轮的转动惯量分配，具有更小的扭转刚度，可有效降低传动系低阶固有频率，从而衰减扭转振动，在传动系扭振减振控制、缓解传动系冲击和降低燃油消耗等方面发挥着重要作用。
在理论研究与实际应用过程中已证明不同工况对双质量飞轮转动惯量分配与阻尼具有不同要求。如起动工况下，要求初级飞轮对次级飞轮具有较大转动惯量比，传动系产生共振时需大阻尼衰减扭振峰值；正常行驶工况下，要求较小转动惯量比及小阻尼以达到较好的减振效果。
匹配双质量飞轮时，根据传动系扭转振动优化而确定双质量飞轮最佳转动惯量比，扭转刚度与阻尼。一般双质量飞轮的转动惯量比设计为定值，阻尼主要由润滑脂和阻尼机构提供，其中阻尼机构通过阻尼环与其余转动件间的摩擦获得阻尼，但工作过程中阻尼值不可调，故不具备多阶非线性特性。由于转动惯量比的不可变与阻尼机构滞后阻尼的不可调与不易控制性，一般双质量飞轮设计难以实现不同运行工况下均具备理想的减振效果。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，通过安装于初级飞轮侧的阻尼环板与安装于次级飞轮侧的几组压缩弹簧与摩擦块的配合，实现了阻尼与转动惯量比自适应调节，使双质量飞轮在不同工况下均具备良好的扭振衰减效果。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，包括初级飞轮、阻尼环板和次级飞轮，阻尼环板安装在所述初级飞轮上，还包括传力板和阻尼与转动惯量调节装置；
所述传力板安装在次级飞轮上，所述阻尼与转动惯量调节装置位于传力板内部，且所述阻尼与转动惯量调节装置在传力板内部径向移动，当初级飞轮和次级飞轮处于不同转速或不同相对扭转角时，使所述阻尼与转动惯量调节装置与阻尼环板之间产生不同的迟滞扭矩。
进一步，所述传力板内部均布所述阻尼与转动惯量调节装置，每个所述阻尼与转动惯量调节装置包括沿传力板轴线分布的若干调节单元，所述调节单元沿传力板径向滑动，若干所述调节单元与所述阻尼环板之间的间隙随所述调节单元分布的圆心角增加而变小。
进一步，所述调节单元包括摩擦块和压缩弹簧，所述摩擦块位于传力板上的滑槽内，所述压缩弹簧一端与摩擦块连接，所述压缩弹簧另一端与传力板滑槽连接；若干所述调节单元的摩擦块与所述阻尼环板之间的间隙随所述调节单元分布的圆心角增加而变小。
进一步，若干所述调节单元内压缩弹簧的刚度随若干所述调节单元的摩擦块与所述阻尼环板之间的间隙的增加而变小。
进一步，若干所述调节单元的摩擦块与所述阻尼环板之间的间隙间填充有润滑油脂。
进一步，所述阻尼环板上设有台阶面，台阶面为摩擦高面和摩擦低面，单个所述调节单元的摩擦块与摩擦高面之间的间隙小于单个所述调节单元的摩擦块与摩擦低面之间的间隙。
进一步，所述阻尼环板为扇形，所述初级飞轮上均布2个阻尼环板。
进一步，所述调节单元的数量为2-4个。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，通过安装于初级飞轮侧的阻尼环板与安装于次级飞轮侧的压缩弹簧与摩擦块的配合，实现双质量飞轮的转动惯量比与阻尼可调，且装置零件少，装配简单。
2.本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，通过在传力板上安装若干刚度不等的压缩弹簧和间隙不同的摩擦块，实现在不同的发动机转速下，摩擦块具有不同的旋转半径，使次级飞轮具有不等的转动惯量。
3.本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，依据发动机转速与双质量飞轮扭转角，通过具有高低摩擦面的阻尼环板与若干刚度不等的压缩弹簧和间隙不同的摩擦块实现摩擦块的摩擦面与阻尼环板各摩擦面的不同接触组合，自动调节阻尼环板与摩擦块摩擦形成的迟滞扭矩，使其在不同工况下具备不同的阻尼特性。
附图说明
图1为本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮总装图。
图2为本发明所述的固定板与阻尼环板的装配关系图。
图3为本发明所述的传力板、压缩弹簧与摩擦块的装配关系图。
图4为本发明所述的一级摩擦块与二级摩擦块的立体示意图。
图5为本发明图3主视图。
图6为本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮在起动共振时的示意图。
图7为本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮在车辆怠速时的示意图。
图8为本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮在车辆行驶转速下的示意图。
图9为本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮在发生瞬时加载或共振时的示意图。
图中：
1-初级飞轮；2-固定板；3-阻尼环板；4-铆钉；5-初级侧螺栓；6-次级飞轮；7-传力板；8-一级压缩弹簧；9-二级压缩弹簧；10-一级摩擦块；11-二级摩擦块；12-次级侧螺栓；3-1-摩擦高面；3-2-摩擦低面；7-1-一级滑槽；7-2-一级槽定位面；7-3-二级滑槽；7-4-二级槽定位面；10-1-一级摩擦面；10-2-一级块定位面；11-1-二级摩擦面；11-2-二级块定位面。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1-图3所示，本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，包括初级飞轮1、阻尼环板3和次级飞轮6，阻尼环板3安装在所述初级飞轮1上，阻尼环板3通过铆钉4安装在固定板2上，所述固定板2通过初级侧螺栓5与初级飞轮1固定连接；所述初级飞轮1和次级飞轮6组成的双质量飞轮为现有技术，其基本装备关系在此不再描述。本发明还包括传力板7和阻尼与转动惯量调节装置；所述传力板7通过次级侧螺栓12与次级飞轮6固定连接。所述阻尼与转动惯量调节装置位于传力板7内部，且所述阻尼与转动惯量调节装置在传力板7内部径向移动，当初级飞轮1和次级飞轮6处于不同转速或不同相对扭转角时，使所述阻尼与转动惯量调节装置与阻尼环板3之间产生不同的迟滞扭矩。
所述传力板7内部均布所述阻尼与转动惯量调节装置，每个所述阻尼与转动惯量调节装置包括沿传力板7轴线分布的若干调节单元，所述调节单元沿传力板7径向滑动，若干所述调节单元与所述阻尼环板3之间的间隙随所述调节单元分布的圆心角增加而变小。所述调节单元的数量为2-4个。
如图4和图5所示的实施例中，所述传力板7内部安装2个阻尼与转动惯量调节装置，所述阻尼与转动惯量调节装置内有2个调节单元，分别为一级调节单元和二级调节单元，一级调节单元包括一级压缩弹簧8和一级摩擦块10，所述一级摩擦块10位于传力板7上的一级滑槽7-1内，所述一级压缩弹簧8一端与一级摩擦块10连接，所述一级压缩弹簧8另一端与一级滑槽7-1顶面连接；一级摩擦块10的一级块定位面10-2可在一级槽定位面7-2上滑动；二级调节单元包括二级压缩弹簧9和二级摩擦块11，所述二级摩擦块11位于传力板7上的二级滑槽7-3内，所述二级压缩弹簧9一端与二级摩擦块11连接，所述二级压缩弹簧9另一端与二级滑槽7-3顶面连接；二级摩擦块11的二级块定位面11-2可在二级槽定位面7-4上滑动；所述一级摩擦块10的一级摩擦面10-1与阻尼环板3的间隙大于所述二级摩擦块11的二级摩擦面11-1与阻尼环板3的间隙，也就是若干所述调节单元的摩擦块与所述阻尼环板3之间的间隙随所述调节单元分布的圆心角增加而变小。此处的圆心角增加也可以理解为圆心角顺时针转动。图4中的一级摩擦块10的厚度d10小于二级摩擦块11的厚度d11，但是也可以一级摩擦块10与二级摩擦块11的厚度相同，只需要到阻尼环板3之间的间隙不同即可。所述一级压缩弹簧8和二级压缩弹簧9刚度不等，且一级压缩弹簧8的刚度小于二级压缩弹簧9的刚度。也就是说摩擦面到阻尼环板3的间隙与摩擦面对应的压缩弹簧的刚度成反比，间隙越小，则压缩弹簧的刚度越大。
所述阻尼环板3的材料为PA66。所述阻尼环板3上设有台阶面，台阶面为摩擦高面3-1和摩擦低面3-2，摩擦高面3-1高于摩擦低面3-2。所述一级调节单元的一级摩擦块10与摩擦高面3-1之间的间隙小于一级所述调节单元的一级摩擦块10与摩擦低面3-2之间的间隙。通过具有高低摩擦面的阻尼环板与厚度不等的摩擦块实现各级摩擦面与阻尼环板各摩擦面的不同接触组合，自动调节阻尼环板与摩擦块摩擦形成的迟滞扭矩，使其在不同工况下具备不同的阻尼特性。
所述阻尼环板3为扇形，所述初级飞轮1上均布2个阻尼环板3。由分子机械理论中摩擦学知识可知由不同的接触间隙产生的摩擦面间的分子作用力不同，带来的粘附性摩擦力不等，形成不等的迟滞扭矩。双质量飞轮阻尼特性在测试过程中直接表现为迟滞扭矩值，通过不同转速与工况条件下各级摩擦面与阻尼环板3各摩擦面的不同接触组合，由于阻尼环板3为扇形，在工作中存在各级摩擦面没有与阻尼环板3接触的组合。
如图5-图9所示，本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮安装完成后，在相对扭转过程中，一级摩擦面10-1与二级摩擦面11-1均将正对接触阻尼环板3的摩擦面。即一级摩擦面10-1到摩擦低面3-2的大接触间隙为δd1、二级摩擦面11-1到摩擦低面3-2的中接触间隙为δd2和一级摩擦面10-1到摩擦高面3-1的小接触间隙为δd3，满足大接触间隙δd1＞中接触间隙δd2＞小接触间隙δd3。摩擦块的摩擦面与阻尼环板3的摩擦面间填充有润滑油脂。
如图5-图9所示，本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮在不同转速下，一级摩擦块10与二级摩擦块11将受到不等离心力，产生不等的旋转半径，使得次级飞轮侧具有不等的转动惯量。转速越高，各摩擦块所受离心力越大，旋转半径越大，使次级飞轮侧转动惯量增加，满足不同发动机转速下对双质量飞轮转动惯量比的设计要求。
如图6-图9所示，本发明所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮在不同转速下，一级摩擦面10-1将与摩擦低面3-2或摩擦高面3-1接触产生摩擦；在不同转速与不同相对扭转角条件下，二级摩擦面11-1或不与阻尼环板3的摩擦面接触，或将与摩擦低面3-2或摩擦高面3-1接触产生摩擦。由分子机械理论中摩擦学知识可知由大接触间隙δd1、中接触间隙δd2和小接触间隙δd3三类接触情况产生的摩擦面间的分子作用力不同，带来了不等的粘附性摩擦力小摩擦f1、中摩擦f2和大摩擦f3，分别形成不等的迟滞扭矩小迟滞扭矩T1，中迟滞扭矩T2，大迟滞扭矩T3，且小迟滞扭矩T1＜中迟滞扭矩T2＜大迟滞扭矩T3。双质量飞轮阻尼在测试过程中直接表现为迟滞扭矩值，通过不同转速与工况条件下各块摩擦面与阻尼环板3各摩擦面的不同接触组合，可自适应调整双质量飞轮的阻尼大小，满足不同工况下对双质量飞轮阻尼的设计要求。
工作过程：如图6-图9所示，设发动机起动共振转速ωqg、怠速转速ωd、行驶转速ωx、行驶共振转速ωxg依次增大，一级摩擦块10与二级摩擦块11在不等离心力作用下分别压缩各自的一级压缩弹簧8和二级压缩弹簧9；低速时各摩擦块所受离心力小，旋转半径小，故次级飞轮侧转动惯量小，初级飞轮侧对次级飞轮侧转动惯量比较大；高速时各摩擦块所受离心力大，旋转半径大，次级飞轮侧转动惯量大，初级飞轮侧对次级飞轮侧转动惯量比较小，满足不同转速下对双质量飞轮转动惯量比的设计要求。
如图6所示，车辆起动过程中经过起动共振转速ωqg时，所述一级摩擦面10-1与摩擦低面3-2接触摩擦，产生小迟滞扭矩T1；初级飞轮与次级飞轮间产生较大相对扭转角，使得所述二级摩擦面11-1与摩擦低面3-2接触摩擦，产生中迟滞扭矩T2。由小迟滞扭矩T1和中迟滞扭矩T2之和带来的大阻尼可有效衰减共振峰值，缓解共振导致的传动系剧烈振动。
如图7所示，当车辆处于怠速转速ωd时，所述一级摩擦面10-1与摩擦低面3-2接触，由于初级飞轮与次级飞轮的相对扭转角较小，故所述二级摩擦面11-1不与阻尼环板3的摩擦面接触。由一级摩擦面10-1与摩擦低面3-2间粘附性摩擦力产生的小迟滞扭矩T1使双质量飞轮具备小阻尼特性，可有效衰减怠速振动。
如图8所示，当车辆正常行驶时，发动机转速提高，各摩擦块所受离心力增大，所述一级摩擦块10克服一级压缩弹簧8的弹性力产生较大旋转半径，使得一级摩擦面10-1和摩擦高面3-1接触；由于此刻发动机扭矩未达双质量飞轮的最大承扭值，初级飞轮与次级飞轮的转角未能使所述二级摩擦面11-1与阻尼环板3的摩擦面接触。由一级摩擦面10-1和与摩擦高面3-1间粘附性摩擦力产生的大迟滞扭矩T3使双质量飞轮具备大阻尼特性，可有效衰减传动系正常行驶工况下的振动。
如图9所示，当传动系在发动机的某行驶转速下产生瞬时大负载或经过行驶共振转速ωxg时，较高转速与初级飞轮和次级飞轮间的大相对扭转角使得所述一级摩擦面10-1与摩擦高面3-1接触摩擦，产生大迟滞扭矩T3；所述二级摩擦面11-1与摩擦低面3-2接触摩擦，产生中迟滞扭矩T2。大迟滞扭矩T3和中迟滞扭矩T2的共同作用使得双质量飞轮具备超大阻尼，能够衰减由瞬时加载或共振引起的传动系剧烈振动。
二级摩擦面11-1到摩擦高面3-1的小接触间隙为δd4，在恶劣工况下使二级摩擦面11-1与摩擦高面3-1接触产生超大迟滞扭矩T4，可有效衰减传动系强烈振动。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，包括初级飞轮(1)、阻尼环板(3)和次级飞轮(6)，阻尼环板(3)安装在所述初级飞轮(1)上，其特征在于，还包括传力板(7)和阻尼与转动惯量调节装置；
所述传力板(7)安装在次级飞轮(6)上，所述阻尼与转动惯量调节装置位于传力板(7)内部，且所述阻尼与转动惯量调节装置在传力板(7)内部径向移动，当初级飞轮(1)和次级飞轮(6)处于不同转速或不同相对扭转角时，使所述阻尼与转动惯量调节装置与阻尼环板(3)之间产生不同的迟滞扭矩。
2.根据权利要求1所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，其特征在于，所述传力板(7)内部均布所述阻尼与转动惯量调节装置，每个所述阻尼与转动惯量调节装置包括沿传力板(7)轴线分布的若干调节单元，所述调节单元沿传力板(7)径向滑动，若干所述调节单元与所述阻尼环板(3)之间的间隙随所述调节单元分布的圆心角增加而变小。
3.根据权利要求2所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，其特征在于，所述调节单元包括摩擦块(10、11)和压缩弹簧(8、9)，所述摩擦块(10、11)位于传力板(7)上的滑槽内，所述压缩弹簧(8、9)一端与摩擦块(10、11)连接，所述压缩弹簧(8、9)另一端与传力板(7)滑槽连接；若干所述调节单元的摩擦块(10、11)与所述阻尼环板(3)之间的间隙随所述调节单元分布的圆心角增加而变小。
4.根据权利要求3所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，其特征在于，若干所述调节单元内压缩弹簧(8、9)的刚度随所述间隙的增加而变小。
5.根据权利要求3所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，其特征在于，若干所述调节单元的摩擦块(10、11)与所述阻尼环板(3)之间的间隙间填充有润滑油脂。
6.根据权利要求3所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，其特征在于，所述阻尼环板(3)上设有台阶面，台阶面为摩擦高面(3-1)和摩擦低面(3-2)，单个所述调节单元的摩擦块(10、11)与摩擦高面(3-1)之间的间隙小于单个所述调节单元的摩擦块(10、11)与摩擦低面(3-2)之间的间隙。
7.根据权利要求1-6任一项所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，其特征在于，所述阻尼环板(3)为扇形，所述初级飞轮(1)上均布2个阻尼环板(3)。
8.根据权利要求2-6任一项所述的自适应调节阻尼与转动惯量比的双质量飞轮，其特征在于，所述调节单元的数量为2-4个。
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