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双质量飞轮的典型结构及特点


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随着经济的发展和道路交通环 境的不断改善, 题的日益突出, 是, 以及能源和污染问 轿车的设计正在向 低了车辆动力传动系的扭振和振动噪 声。 与此同时, 世界上其他汽车生产国, 如法国、 英国、 美国等国家, 也都开始进 行双质量飞轮的研究与开发, 其中德 国和法国的成果最为突出。 到 上 世 纪 90 年 代 , 双质量飞轮 产品已经基本 趋 于 成 熟 , 其 间 出 现 了 大量的相关产 品 和 论 文 。 同 时 , 双 质 量飞轮也由原来简单的机械干摩擦 式发展成为液 力 阻 尼 式 的 机 、 一 体 液 化的现代产品 , 并 开 始 向 可 以 适 应 多 种工况的非线 性 特 性 类 型 产 品 发 展 。 这类产品已广 泛 应 用 在 柴 油 车 、 油 汽 车、 大型客车及中、 档 轿 车 上 , 传 统 低 的从动盘式离合器有望被双质量飞 轮式扭振减振器所取代。

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着大扭矩、轻量化的方向发展。但 这同时也使得汽车传动系的扭 转振动加剧, 尤其是柴油机的使用, 更增加了传动系扭振的控制难度。 双 质 量 飞 轮 式 扭 振 减 振 器 ( DMF, Dual Mass Flywheel) 是 通 过 改 变传动系的质量 转 动 惯 量) 、 度 和 ( 刚 阻尼来实现对汽车动力传动系扭振 的综合控制的一 种 新 型 扭 振 减 振 器 , 它在衰减汽车动力传动系的扭振以 及降低变速器、 减 速 器 齿 轮 的 噪 声 主 等方面都具有传统离合器式扭振减 振器无可比拟的优点。这种新型的扭 振减振器一出现 , 就 得 到 了 广 大 汽 车 生产商和用户的 关 注 。 目 前 , 欧 洲 汽 车已经开始广泛地装备这种新型扭 振减振器。

一、 双质量飞轮的分类
目前, 双质量飞轮的结构有很多 种, 但是不论结构如何, 双质量飞轮 都是由第一质 量 、 二 质 量 和 扭 转 减 第 振器等三部分组成的 见图 1) 。第一 ( 质量与发动机曲轴输出法兰盘相连 接, 第二质量 通 过 一 个 轴 承 安 装 在 第 车维修企业计算机管理软件需要有 安全库存报警提醒功能; 二为急需 件, 对于这些零部件, 维修企业一般 不库存, 需要能快速采购。计算机一 般只能通过对易损件的预测来形成 采购计划。

典 型 结 构 及 特 点

双 质 量 飞 轮 的

1984 年, 双质量飞轮首先出现在
日本丰田公司, 1985 年又被宝马公司 装备在其 BMW 324D 车型上, 大大降 主要包括确定 1) 定点管理系统。

□吉林/唐明祥 董桂军 马中威 郝宏智
了企业的生产成本, 使得企业的发展 上了一个新台阶; 但也有些企业的配 件信息化管理形同虚设, 根本没有起 到应有的作用。 笔者在调 查 了 大 量 汽 车 维 修 企 业的情况之后, 觉得企业在信息化 管理中必须注意以下问题:

""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
潜在的供应商和确定供应商两部分 内容。 对于确定供应商, 要通过科学、 严谨的流程。对汽车维修企业而言, 主要应考虑该供应商的产品质量、 价 格、 地点等。 通过定点管理系统, 可以 很快检索到需要的供应商。 该系统应 设的功能有: 商家资料库、 线信息 在 搜索等。 主要用于企业 2) 定价管理系统。 对采购物料的定价, 通过模拟投标的 方式获得理想的产品目标价格。目 前, 由于很多企业都没有实现电子商 务, 网上报价对于大多数企业而言是 比较困难的。 对小型汽车维修企业而 言, 主要还是通过采购员电话查询、 上门访问等方式来进行确定的。 首先是制定企 3) 订货管理系统。 业的采购计划、 购定单、 购成本 采 采 分析。 目前, 就汽车维修企业而言, 采 购物品一般分为两部分, 一为易损 件, 需要企业有一定的库存, 通常汽

4) 配件入库管理。采购人员购进
配件后, 配件供应商会给汽车维修企业 一个配件采购单。 汽车维修企业的配件 部一般要先进行配件型号、 质量等的检 查, 如果合格, 再根据配件采购单安排 配件入库, 否则需退回供货厂家。 汽车维修 5) 配件盘点处理功能。 企业的配件部人员需要随时掌握企 业的配件情况, 同时也需要随时了解 配件占用的资金量。 信息化管理必须注意的问题 配件管理信息化虽然给汽车维 修企业降低配件成本提供了一条捷 径, 但不同的企业实施情况不同, 产 生的效果也有很大差异。 有的企业配 件管理信息化收到很大的成效, 降低

1) 加 强 企 业 配 件 管 理 流 程 的 规
范化。要做到每次订货、 库、 库 入 出 都要在管理软件系统内进行登记, 只有流程规范, 应有的效果。 管理软件才能发挥

2) 重 视 数 据 采 集 工 作 。 许 多 汽
车维修企业管理软件里的配件供应 厂家的数据不完整, 导致管理软件的 功能没有发挥出来。 配 3) 提高配件管理人员的素质。 件管理信息化的内涵不只是配件的 出入登记和采购, 里面还包括了如何 控制采购成本、 如何减少库存量等内 容, 一个高素质的配件管理员能在很 大程度上降低企业的配件成本。 □
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起阻尼作用的同时也能润滑弹簧, 此 时弹簧的磨损成为次要问题, 因而可 以加长弹簧长度, 增加其有效压缩 量, 进而使飞轮两质量间有较大的相 对 扭 转 角 一 般 可 达 20°30°, 最 高 ( ~ ) 可 达 45° 由 于 其 扭 转 刚 度 小 , 共 振 。 频率低, 因而控制扭振和噪声的能力 增强, 是一种具有代表性的双质量飞 轮 见图 2) 。 ( 这种双质量飞轮的主要缺点是: 为了减小减振 器的扭转刚度, 则弹簧的刚度 要小, 所以弹簧 较长, 而弹簧与 固定、 持弹簧 保 的构件间会产 生摩擦, 摩擦将 会使减振器的 扭转特性受到 影响; 弹簧的磨 损将影响减振 器的寿命; 密封 困难; 阻尼的大
1 2 3

一质量上, 第二质量上又安装有离合 器壳等。 第一质量和第二质量之间设 置了弹性机构和阻尼机构, 通过弹性 机构传动实现二者的相对转动并传 递扭矩。 双质量飞轮相当于一个低通滤 波器, 通过重新分配弹性机构两侧 并引入低刚度环节和 降低发动机 实现对汽车动力传动系 的转动惯量, 阻尼元件,

小不易控制; 加工精度要求高等。 因为国内目前尚没有成熟的

DMF- CS 减振器的特性设计方法, 所
以弧形螺旋弹簧的设计及其弹簧室 的 布 置 成 为 DMF- CS 减 振 器 设 计 的 关 键 。 这 种 DMF- CS 减 振 器 是 目 前 欧洲车型上应用最普遍的一种形式。

2.采用短轻直弹簧的双质量飞轮
( DMF - CSS, Dual Mass Flywheel -

扭转振动的综合控制, 小汽车扭转噪声, 舒适性。

Circumferential Short Spring)

扭转波动对动力传动系的影响, 减 改善汽车的乘坐

1) 就双质量飞轮采用的弹性元件
而言, 有螺旋弹簧式和橡胶弹簧式两 种, 螺旋弹簧式又可根据弹簧的布置 分为径向弹簧式和周向弹簧式, 其中 周向弹簧式又有长曲线弹簧式和短 轻直弹簧式之分。

2) 就双质量飞轮采用的摩擦阻尼
类型而言, 有干摩擦阻尼式、 性摩 粘 擦阻尼式和空气阻尼式。

3) 就双质量飞轮采用的轴承类型
而言, 有滚动轴承式、 动轴承式和 滑 推力轴承式。 经过近几年的研究, 双质量飞轮 的结构形式得到了很大的发展, 各种 结构综合使用的形式相继出现, 性能 也得到了极大的改善。

1- 第一质量
图1

2- 第二质量

3- 减振器

双质量飞轮原理与结构

二、 双质量飞轮的典型结构 及特点
不同结构的双质量飞轮具有不 同的性能以及不同的使用条件。 下面 介绍双质量飞轮的几种典型结构及 性能特点。 图2 长曲线螺旋弹簧 DMF 图3 短轻直弹簧 DMF

1.采用长螺旋弹簧的双质量飞轮
( DMF - CS , Dual Mass Flywheel -

Circumferential Spring)
这种双质量飞轮式扭振减振器 在飞轮第一质量和减振器之间形成 一个封闭的隔腔, 在隔腔内布置长弧 形螺旋弹簧, 并采用内、 组合式弹 外 簧或长、 短弹簧分层布置等多种设计 方案, 从而实现弹性分级。 同时, 在隔 腔内充满了油脂, 由于油脂在对运动 图4 带怠速减振级的 DMF- CSS 图5 带行星齿轮机构的 DMF- CSS



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AUTOMOBILE MAINTENANCE DMF- CSS 扭 振 减 振 器 采 用 直 螺 旋 弹
簧作为弹性元件, 通过选择弹簧的线性刚 度、 弹簧帽与滑块或滑块之间的初始距离 等实现多级非线性弹性特性。 由于在双质量飞轮式扭振减振器中 , 减振弹簧分布的半径较大, 所受的离心力 大, 在与传统从动盘式扭振减振器减振弹 簧分布角相同的情况下 , 其弹簧的长度增 加, 因此弹簧易发生径向变形, 导致弹簧 与窗口接触, 加剧弹簧的磨损。为了解决 这个问题, 选择较轻的弹簧, 使其离心力 减小, 同时又因其较短, 径向弯曲和周向 变形也小, 因而较好地解决了弹簧的寿命 问题。同时, 弹簧帽和滑块大大降低了弹 簧的磨损程度, 够大的转矩, ( 见图 3) 。 这种双质量飞轮式扭振减振器较多 地沿用了传统离合器从动盘式扭振减振 器的概念。 为了使减振器在各种不同工况 下均能很好地工作, 常将弹簧分组, 各组 弹簧的刚度不一样, 起作用的时间不一 样, 从而获得良好的非线性特性。带怠速 减振级的减振器就是将先起作用的一组 弹簧刚度设计得很低, 专门用于减缓怠速 时的噪声 见图 4) 。 ( 按其与摩擦阻尼元件的连接方式还 可以分为串联式和并联式两种, 前者的实 际使用效果更好些, 但结构复杂, 设计和 布置较困难。为了更好地发挥减振性能, 人们还采用了行星齿轮机构 见图 5) 。 ( 为了更好地减缓弹簧的磨损, 可将弹 簧与窗口隔开, 使得二者根本不可能发生 滑磨, 这样使减振弹簧的寿命大为提高, 可靠性也得以增强。具体的控制措施有: 在弹簧中间安装可滑动式弹性支持架; 采 用变螺距减振弹簧, 并安装保持架, 有些 还加装小型动力吸振器, 这样既减轻了振 动噪声, 还可获得变刚度特性; 设置长的 弹簧支座, 使其具有弹簧导杆的作用, 借 以限制弹簧的位置。 采用短轻直弹簧需要增加弹簧座和 弹簧滑套, 这就增加了零件的数目, 提高 了制造精度的要求, 并增加了生产和装配 的复杂度。 也减小了弹性机构在制 造、 装配等环节的难度。为了保证传递足 通常由多组弹簧共同工作

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第二飞轮

3. 径向双质量飞轮 ( DMF- RS, Dual Mass Flywheel - Radial Spring)
径向双质量飞轮式扭振减 振 器 见 图 6) 的 结 构 特 点 是 其 ( 减振弹簧为直弹簧, 并分组安 装在由减振器侧板、从动板组 成的沿飞轮径向的弹簧室中, 侧板和从动板通过两个传动销 分别与飞轮的第一质量和第二 质量相连。当减振器不承受转 矩时, 弹性机构组件处于沿飞 当其受到 而减振
弹簧室细节 弹簧室

阻滞

第一飞轮

轮径向的初始位置;

转矩作用时, 第一飞轮、 二飞 第 轮之间产生相对转角, 弹簧只产生简单的轴向压缩变 形。这样布置弹簧可使减振器 具有非常理想的光滑渐硬的非 线性弹性特性, 其扭转刚度随 着传递扭矩的增加而逐渐增 大。该非线性弹性特性的设计 分 析 , 是 DMF - RS 减 振 器 设 计

图6

径向双质量飞轮

的关键。与弹簧周向布置的减振器相 比, 径向双质量飞轮式扭振减振器还有 如下优点: 弹性特性和阻尼特性比较稳 定; 受离心力的影响比较小; 结构比较 简单。

4. 采用橡胶弹簧的双质量飞轮
图 7 所示的减振器用橡胶弹簧代替 了前一方案中的钢丝螺旋弹簧, 这样就不 存在前述的弹簧磨损问题, 同时由于橡胶 的非线性弹性特性和较高的内阻尼 , 使得 减振器的弹性特性更为合理, 同时还简化 了结构。 这种减振器的主要缺点是: 橡 胶 弹 簧 容易老化; 长时间工作后橡胶发热, 会使 其阻尼下降。 图7 橡胶弹簧双质量飞轮

5. 采用空气阻尼的双质量飞轮
大多数双质量飞轮采用的都是干摩 擦阻尼或粘性阻尼, 这两种阻尼都很好实 现。粘性阻尼一般都是将弹簧舱密封 , 并 在里面注满粘性材料来实现的。干摩擦阻 尼一般是在两个飞轮之间添加摩擦材料 来实现的。除此之外, 还有一种概念, 就是 采用空气阻尼来实现减振。空气阻尼双质 量飞轮的结构如图 8 所示。 图8 采用空气阻尼的 DMF
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质量飞轮

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由弹簧室的大小来控制其极限转角。 这种形式的双质量飞轮式扭振减振 器性能优良、 构紧凑, 但加工制造 结 成本较高, 其控制系统也较复杂。 质量飞轮, 用于减小由曲轴传至变 第三个回转质量 第三回转 还包

推 6. 采 用 滑 动 轴 承 、 力 轴 承 的 双 绝大部分双质量飞轮都使用滚 动轴承, 但也有一些使用滑动轴承和 推力轴承的。 采用滑动轴承的双质量 飞轮如图 9 所示, 这种结构的飞轮减 振器其两个飞轮之间采用滑动轴承 连接, 使得弹簧的布置空间变大, 但 加工和制造相对困难一些。 采用推力 轴 承 的 双 质 量 飞 轮 如 图 10 所 示 , 这 种结构的飞轮减振器结构更为简单, 加工和制造也更为方便。

速器的转速波动,

通过支撑在固定于壳体上的行星齿 轮由第一回转质量驱动, 括若干连杆, 端止装置, 质量的转动方向与曲轴相反,

8. 摆 式 双 质 量 飞 轮
近年来, 有人开始研究采用离心 摆来消除发动机的振动。 这种结构的 双质量飞轮有两种实现方案: 一种是 将离心摆安装在第一飞轮上, 另一种 是将离心摆安装在第二飞轮上。 离心 摆安装在第一飞轮上时, 它可同时对 作用在附件上的激励起到减振作用, 第一飞轮密封舱内的润滑材料也可 以对它起到润滑作用, 但所需的离心 摆 的 质 量 很 大 , 大 约 为 3~ 。 离 心 5kg 摆安装在第二飞轮上时, 不能对作用 在附件上的激励起作用, 但却可将离 心摆的质量降低到约 1kg。摆式双质 量飞轮的具体结构如图 12 所示。

用来控制飞轮质量的

相对运动。这种双质量飞轮还包括 以有效地限制飞轮质量 它在飞 在驱动与超速方向的相对运动, 并 且还可附加端止弹性装置, 飞轮质量的相对运动。 轮质量就要接触端止装置之前缓冲

7.液力双质量飞轮式扭振减振器
这 是 在 上 世 纪 80 年 代 末 、 90 年代初出现的一种新型双质量飞轮 式 扭 振 减 振 器 见 图 11) , 它 从 根 本 ( 上摆脱了传统离合器从动盘式扭振 减振器设计思想的束缚, 为扭振减 振器的设计开辟了一个新思路。 液力双质量飞轮的基本原理 是 : 油路连接飞轮的第一质量和第二 质量, 液压泵驱动油液传递动力, 在 不同的工况下, 不同的阀体处于不同 的工作状态, 从而控制阻尼的大小, 利用减振弹簧室来平滑转矩波动, 并

三、 结束语
目前, 国产车型的动力传动系统 普遍存在着严重的振动与噪声问题, 双质量飞轮式扭振减振器是解决这 一问题不错的选择, 并且在国外已经 取得了很好的验证。 我国目前还没有能力进行双质量 飞轮的设计与生产, 并且设计一款性 能优良的双质量飞轮涉及到整个动力 传动系统的重新匹配, 工作量巨大。 目 前, 国内产品主要依赖进口, 因此开展 对双质量飞轮的研究势在必行。 ( 作者工作单位: 吉林大学)

9. 其它型式的双质量飞轮
英国 机 动 车 产 品 有 限 公 司 开 发 了一种用于平衡传动系交变扭矩和 摆振的装置, 合器, 它是在一个共同的壳 体内安装了三个回转质量及一个离 前两个回转质量构成一个双

图 11

液力双质量飞轮

滚子

离心摆

图9

采用滑动轴承的 DMF
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图 10

采用推力轴承的 DMF

图 12

摆式双质量飞轮



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