扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)

郭偉博，谷吉星，楊 艷（河南安彩高科股份有限公司，河南 安陽(yáng) 455000）

扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)

郭偉博，谷吉星，楊 艷
（河南安彩高科股份有限公司，河南 安陽(yáng) 455000）

在行駛時(shí)，由于內(nèi)燃機(jī)的工作特性會(huì)產(chǎn)生周期性的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，如果傳動(dòng)系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振，將使傳動(dòng)件所受應(yīng)力大大增加，而這一具有交變性質(zhì)的應(yīng)力會(huì)使零件的疲勞壽命急劇降低。為了降低汽車傳動(dòng)系的振動(dòng)，一般情況下會(huì)在傳動(dòng)系中串聯(lián)一個(gè)彈性阻尼裝置。它就是扭轉(zhuǎn)減振器。

減震器；設(shè)計(jì)；扭轉(zhuǎn)減振器

本次設(shè)計(jì)中采用裝在從動(dòng)盤總成中的普通扭轉(zhuǎn)減振器的布置形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案為彈簧摩擦式減振器。

圖1　帶有扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤總成

圖1中所示為一帶有扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤總成。從中我們可以看出彈簧摩擦式減振器的結(jié)構(gòu)。

由圖可知，從動(dòng)片3與從動(dòng)盤轂4的連接方式，其實(shí)是依靠周向布置的減振彈簧彈性地連接起來(lái)的。圖中，從動(dòng)盤轂以及從動(dòng)盤片都在沿周向的相同位置開了長(zhǎng)形窗口，每一個(gè)窗口中都放置一個(gè)減振彈簧8。扭矩從從動(dòng)片3向從動(dòng)盤轂的傳遞必須經(jīng)由減振彈簧的作用。減振彈簧8的作用是有助于減小系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度，可以有效避免扭矩傳遞過(guò)程中的剛性沖擊。同時(shí)，彈簧的阻尼特性可以避免傳動(dòng)系產(chǎn)生共振。而從動(dòng)片與從動(dòng)盤轂之間的阻尼片則更好的發(fā)揮其阻尼特性，抑制可能出現(xiàn)的共振現(xiàn)象。因?yàn)樵诋a(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，從動(dòng)片、從動(dòng)盤轂、阻尼片等元件之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的移動(dòng)，而阻尼片的阻尼特性會(huì)大大削弱這種移動(dòng)的振幅。在彈簧摩擦式減振器中，限位銷9不僅起到連接從動(dòng)盤轂與減振盤的作用，同時(shí)能夠限制從動(dòng)片與從動(dòng)盤轂之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)在最大允許范圍之內(nèi)，以此防止彈簧的變形過(guò)大而過(guò)早的損壞。

1　減振器參數(shù)計(jì)算

扭轉(zhuǎn)減振器的極限轉(zhuǎn)矩Tj扭轉(zhuǎn)減振器的極限轉(zhuǎn)矩指的是，當(dāng)減振器在消除了限位銷與從動(dòng)盤轂缺口之間的間隙時(shí)，減振器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。它規(guī)定了減振器起作用的轉(zhuǎn)矩上限。

極限轉(zhuǎn)矩一般不會(huì)超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的兩倍，可取Tj=Tmax+ΔTj=（1.2～1.4）Temax

對(duì)于本次設(shè)計(jì)取極限轉(zhuǎn)矩為Tj=1.4Temax=1.4×179=250.6N≈251N ·m

扭轉(zhuǎn)減振器的角剛度Ca，扭轉(zhuǎn)減振器的角剛度是指，離合器從動(dòng)片相對(duì)于其從動(dòng)盤轂轉(zhuǎn)單位角度所需的轉(zhuǎn)矩值。定義為式中，T—加在從動(dòng)片上的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)減振器無(wú)阻尼時(shí)），N·m；θ—從動(dòng)片相對(duì)于從動(dòng)盤轂轉(zhuǎn)過(guò)的角度，rad。Ca決定于減振彈簧的線剛度及其結(jié)構(gòu)布置尺寸。設(shè)減振彈簧的中心線與半徑為R1的圓周相切，則角剛度為，式中，K—每個(gè)減振彈簧的（線）剛度；n—減振彈簧個(gè)數(shù)；R1—減振彈簧的分布半徑。減振器的角剛度的選擇，既要滿足能傳遞足夠大轉(zhuǎn)矩的要求，又要盡量降低其值滿足避開共振的要求，通常初選為Ca≤13Tj，本次設(shè)計(jì)中Ca≤13Tj=13×251=3263N·m/rad。

扭轉(zhuǎn)減振器的摩擦力矩Tf，在驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩需要通過(guò)扭轉(zhuǎn)減振器的減震彈簧傳出。但由于角剛度受傳扭要求的限制，不可能降低。所以很難避免在發(fā)動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。此時(shí)就需要通過(guò)系統(tǒng)阻尼來(lái)壓低共振峰值，以達(dá)到降低噪聲的目的。精確的求解過(guò)程會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的非線性而帶來(lái)極大困難。

計(jì)算與實(shí)踐表明，對(duì)現(xiàn)代汽車的扭轉(zhuǎn)減振器，其摩擦力矩可按下式選?。?0］

Tf=（0.10～0.15）Temax。本次設(shè)計(jì)中取Tf=0.15Temax=0.15×179=26.85N·m

預(yù)緊力矩Tn，扭轉(zhuǎn)減振器安裝到窗口時(shí)都需要有一定的預(yù)緊力，以避免晃動(dòng)。同時(shí)，有一定預(yù)緊力矩的減震彈簧可以降低減振器的扭轉(zhuǎn)剛度。這顯然是有利的。但預(yù)緊力矩值不應(yīng)大于摩擦力矩，參考的取值范圍為小汽車3-80N·m，載貨汽車10-120N·m。本次設(shè)計(jì)中取摩擦力矩為20N·m。

極限轉(zhuǎn)角?j，極限轉(zhuǎn)角?j即減振器主、從動(dòng)部分的最大相對(duì)轉(zhuǎn)角。一般為3～5°。對(duì)于多級(jí)的變剛度減振器，較大且隨級(jí)數(shù)的增加而增大，有的達(dá)12°左右。本次設(shè)計(jì)中取極限轉(zhuǎn)角為3.5°。

2　減振器的計(jì)算

減振彈簧分布半徑R1，減振彈簧分布半徑R1的取值要考慮到減振彈簧的安裝，一般取為R1=（0.6～0.75）d/2式中，d為摩擦片內(nèi)徑。本次設(shè)計(jì)中R1=48mm。

減振彈簧的數(shù)量Z，減振彈簧的數(shù)量，可由表給出的量值選取。

本次設(shè)計(jì)中，摩擦片外徑D=225mm，選取減振彈簧數(shù)量為6。

彈簧的總工作負(fù)載PZ，彈簧的總工作負(fù)載指限位銷與從動(dòng)盤轂缺口間的間隙完全消除時(shí)，彈簧在壓縮極限位置時(shí)，所有彈簧總的工作載荷，可由下式求得，，代入數(shù)據(jù)，得本次設(shè)計(jì)中PZ=5529.2N。

減振彈簧尺寸。計(jì)算過(guò)程不再贅述，減振彈簧的最小高度指的是減振彈簧在最大工作負(fù)載下的高度，此時(shí)彈簧壓得最緊，但同時(shí)要在各圈留一定距離，故可按下式選取lmin=1.1dn=22mm，減振彈簧的總變形量Δl=P/k=3.69mm。減振彈簧的自由高度l0，l0=lmin+Δl=25.69mm。減振彈簧預(yù)緊變形量

［1］趙英.中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策［J］.中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)，2003，4（181）：18-24.

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.242