双质量飞轮的简单介绍

双质量飞轮的简单介绍双质量飞轮离合器研究的相关背景汽车离合器在汽车传动系统中起着传递转矩、分离传动、减振和过载保护等多种功能，其品质关系到汽车的整体性能。引起汽车振动的振源主要有两方面,一是汽车行驶时的由路面造成的；二是发动机工作时的振动。路面振动可以通过道路条件的改善得到缓解。因此，发动机的振动成为汽车减振的主要振源，如何使发动机和整车的振动得到最大程度地减小，成为汽车离合器设计考虑的主要性能指标。传统的离合器主要是使用从动盘式扭转减振器。然而，对离合器从动盘式扭转减振器的设计和改进，往往受限于离合器从动盘上的有限空间，难以达到对汽车动力传动系扭振及扭振噪声控制的较高要求。在实际应用中也证明了离合器从动盘式扭转减振器存在着一些严重弱点，这主要表现在以下几个方面：1、不能使发动机-变速器振动系统的固有振动频率降低到怠速以下，因此不能避免在怠速转速时的共振。在发动机常用转速范围，难以通过降低减振弹簧刚度K以达到更大的减振效果。同时，由于其工作扭角小(一般5°～10°),故其扭转刚度大,致使减振器隔振效果差。2、在从动盘上,盘毂与从动盘摩擦片之间的可用空间有限,不能充分满足扭转减振器弹性元件、阻尼件布置要求，减振器弹性元件设计尺寸小，刚度大，工作环境差，致使减振器在使用过程中经常出现弹簧断裂事故和弹簧松动失效等现象。3、由于受结构的限制,离合器从动盘式扭振减振器的最大工作扭矩和最大扭转角都偏小,其工作能力有限。为了提高整车及离合器的使用寿命，解决传动系扭振和噪声问题，双质量飞轮式扭转减振器是一个很有潜力的产品,它相当于一个机械式低通滤波器,能够将发动机曲轴输出端的扭转振动高频部分滤掉,以消除对传动系的扭振激励。双质量飞轮式扭转减振器可完全替代离合器从动盘式扭转减振器,又能够克服离合器从动盘式扭转减振器的缺点,而且其结构简单,易于实现。传统离合器从动盘式扭转减震器传统的离合器一般采用从动盘式扭转减振器，它是置于离合器从动盘中的弹性—阻尼式扭转减振器，其作用是在汽车动力传动系中置入一个低刚度环节，并加入阻尼，以改变传动系原有的各阶固有频率,从而达到隔离发动机激励而控制传动系扭振的目的。左图所示即为传统的从动盘式膜片弹簧离合器。为了适应对汽车动力传动系统扭振和扭振噪声控制的更高要求，离合器从动盘式扭转减振器也由早期的单级线性型式发展到多级非线性型式，功能不断改进。在早期的离合器扭转减振器中，弹簧只有一级，其扭转特性是线性的，单级弹簧的扭转减振器在使用中存在着一个缺陷，不能同时满足减振性能和缓冲性能的要求。这就要求减振器不能以相同的弹性元件和阻尼元件完成传动系的扭矩控制任务，而要求其弹性和阻尼特性都随着汽车工况的不同而变化，应该具有非线性特性。膜片弹簧离合器1DiaphragmSpringClutch具有良好减振性能的减振器要求具有较大的极限转角和适当小的扭转刚度；但要使减振器具有一定的缓冲能力，又要求取适当大的极限转矩，这是线性减振器难以解决的矛盾。这也是目前广泛采用多级非线性减振器的原因。目前广泛采用的是两级、三级弹簧－干摩擦阻尼减振器。分级的实现是在结构设计上采取措施，使几组弹簧按照一定的转角间隔依次工作。从发挥减振器的减振作用和改善其缓冲性能考虑，减振器的级数越多越有利，但是由于结构布置和设计困难等因素，级数过多是不现实的。上图为三级式非线性扭转减振器的典型结构原理和弹性特性曲线示意图。三级式非线性扭转减振器结构原理和弹性特性曲线示意图三级式减振器各级的作用如下：a、第一级：角刚度最小（只有最软的减振弹簧起作用），传动系的固有频率fc最小，应低于发动机怠速时转速ni的激振频率fi，用于怠速工况。b、第二级：角刚度中等（第二组减振弹簧开始起作用），使传动系的固有频率fc为中等，应低于发动机常用工作转速ne时的激振频率fe，用于驱动工况。c、第三级：角刚度最大（三组减振弹簧都起作用），用于载荷急剧变化阶段（突然起步和紧急制动），以缓和传动系的最大瞬时动载荷。为同时减轻各种噪声、增大扭转角，采用变扭转刚度和变阻尼力矩是很有必要的。由于离合器从动盘式扭转减振器在汽车动力传动系扭振控制中的重要作用，长期以来，对它的研究受到广泛重视，研究内容主要包括：减振器设计方法的研究；减振器各性能参数的变化对汽车动力传动系统扭振和扭振噪声的影响规律；从汽车动力传动系整体角度上来分析减振器对系统振动的影响；以及理论分析、实验研究和制造工艺的改进等方面。现代汽车的离合器从动盘式扭转减振器的功能不断完善，新结构、新工艺不断涌现，其中主要包括为提高减振器性能而采取的如下几方面的结构改进：1、加大减振器极限工作扭角的结构改进措施；2、改善摩擦阻尼特性的结构改进；3、实现扭转减振器各级之间平滑过渡的结构改进；4、怠速减振级的结构改进措施。但从动盘式扭转减振器在原理和构造上存在一些缺陷，要想继续改进其设计，进一步改善对扭振及扭振噪声控制难度较大。在这种情况下，出现了一种新型的扭转减振器——双质量飞轮式扭转减振器（DMF)。双质量飞轮式扭转减振器在其各参数已确定的条件下，在发动机的整个工作转速范围内，具有非线性的特点，这一特性使得动力传动系在发动机的工作转速范围内，特别是在易发生共振的低速范围内，由于其具有非线性特性，使传动系的扭转振动的负荷得到抑制，大大削减了传动系的扭振振幅及其引起的噪声，从而使得共振现象难以发生。与采用整体型飞轮相比，采用双质量飞轮式扭转减振器对降低动力传动系的扭转振动有着十分显著的效果。通过对双质量飞轮式扭转减振器的扭转特性进行最佳的选择和优化，确定其相应的结构性能参两种减振器输出端的扭振幅值比较我国双质量飞轮研发现状我国从本世纪初开始就有企业开始研发双质量飞轮，主要是从离合器企业开始的。2000年，长春一东公司计划与德国Luk公司合作，通过引进技术的方式开发国产的双质量飞轮。此后，湖北黄石三环、桂林福达等企业也先后提出研发计划。2005年后，国内一些从事飞轮齿环总成的生产企业如吉林大华、重庆海通、重庆光大（今博耐特）等也开始研发双质量飞轮。据奥尔威咨询了解，目前国内正在生产、研发和计划进入的企业有13家。我国双质量飞轮国产化方面取得突破主要在于2007年，是从外资企业在中国以CKD方式生产双质量飞轮开始的。国内最先组装生产双质量飞轮的企业是中日合资的重庆爱思帝，该公司为广州本田的一款车型组装双质量飞轮。2007年10月，Luk公司在中国太仓的二厂也开始组装生产双质量飞轮。另外，上海萨克斯也在国内的合资厂生产双质量飞轮。他们在中国组装生产的双质量飞轮主要配套给国内车型。我国发展双质量飞轮主要存在问题据了解，国内开发双质量飞轮的周期（研发立项到产品样件）在半年到一年的时间，前期投入不高，只要100～200万元就可以。但真正要研发双质量飞轮，对国内企业还存在以下几个问题：第一、专利和知识产权的问题。国际上最先从事双质量飞轮研发的是德国Luk公司，其后还有德国的Sachs等，这些企业都申请了双质量飞轮的产品专利。由于专利还未过保护期，所以国内企业在研发双质量飞轮时，如何避开专利的限制是一个比较大的问题。第二、国内合格零部件配套的问题。由于双质量飞轮在国内还没有成熟的技术，一些零部件上如薄钢板、半圆形弹簧等国内虽有生产，但产品质量如弹性系数等还无法满足产品设计的技术要求。据国内的一位企业副总讲，该企业通过多方了解找到国内的一家半圆形弹簧生产企业，但其生产的价格比进口的价格还贵，且产品质量还没有进口的好。由于双质量飞轮是连接在发动机和变速箱之间的重要部件，对零部件产品的技术性能要求尤其苛刻。国内能否有企业提供技术成熟、技术性能满足产品设计要求、价格低廉的双质量飞轮零部件，对国内双质量飞轮真正能否实现国产化起到很关键的作用。否则，依靠进口部件来生产的双质量飞轮，在价格上与外资品牌的价格并无太多的竞争力。第三、能否实现产业化的问题。从上述可知，国内企业从2000年就开始计划研发双质量飞轮，并且很多企业很快就推出了产品样件。但截止目前，国内还没有一家企业真正地实现了产业化。主要原因就是市场问题。目前，国内采用双质量飞轮的车型寥寥无几，基本集中在大众系统的几款车型上。既然市场没有或者规模不大，即使有产品，也很难实现产业化。我国配置双质量飞轮的部分车型一览表我国双质量飞轮发展前景双质量飞轮由于具有减振、降噪等优点，对提高手动档车驾驶的舒适性和平顺性有很大效果，并且是与双离合器系统（DCT）具有最理想的匹配效果，因此，双质量飞轮具有一定的长远发展前景。但双质量飞轮在我国的发展前景，仍存在较大的未知数。我国双质量飞轮的发展前景，受到以下几个因素的影响。第一、双质量飞轮受到变速器形式在我国发展趋势的制约。目前，国际上日、美基本上采用自动变速器（AT和CVT），自动变速器的配置占了绝大部分；在欧洲，总体上MT比AT略占优势，DCT发展比较迅速，但对于未来变速器形式的发展，出现激烈的争论。在国内，未来变速器形式何去何从？目前也尚无明确的方向，任由各种变速器形式自行发展。且国外汽车跨国公司竞争势力在主导着我国变速器形式的走向。但从过去发展的经验来判断，我国自动变速器的比重在上升，手动变速器的比重在下降。第二、国内主机厂对双质量飞轮的应用态度。目前，国内还很少车型采用双质量飞轮，主要是大众系统采用的比例相对比较多。据了解，当初国内一些引进带双质量飞轮的车型，到国内后，都改成单质量飞轮。国内用户的使用习惯和双质量产品自身技术不完善，使双质量飞轮在国内存在比较高的返修率。带双质量飞轮的宝莱TDi车型在杭州还出现因双质量飞轮而集体索赔的事件。一家已经在给某车型配套双质量飞轮的企业人员透露，带双质量飞轮的该款车型将于今年年底停产，他认为国内发展双质量飞轮的前景比较暗淡。第三、汽车柴油化对双质量飞轮的发展起到非常好的推动作用。在欧洲，柴油车的比例已经比较高，因此对双质量飞轮的需求也比较大。但在国内，柴油乘用车发展进程不是非常顺利，从2004年到现在，我国柴油车总量虽然有所上升，但比重却在不断下降。据了解，由于我国柴油车在振动、气体排放等技术还不成熟，比如目前乘用车柴油机的排控技术还很难达到欧IV标准等，限制了国内柴油乘用车的发展。第四、双质量飞轮配套价格过高也是发展中一个很大的制约。目前，一套进口的双质量飞轮的配套价格要1000多元。因为配套价格过高，一些配套双质量飞轮的车厂也开始想把双质量飞轮国产化。但据了解，双质量飞轮即使是国产化后，其配套价格也需要500～600元，而普通的离合器价格才100～200元。手动档车型多为经济车型，对价格还是非常敏感，所以一些车厂表示仍然对国产的双质量飞轮价格很难接受。