驱动盘分总成及前后垫片设计（续 1）

张义

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

驱动盘分总成是汽车动力总成中动力传动的重要部件。驱动盘分总成主要功用为：发动机启动，连接发动机曲轴与变速器液力变矩器并且传递动力。此驱动盘分总成由驱动盘和飞轮齿圈两部分构成。驱动盘前后垫片是驱动盘分总成的辅助零部件，主要起到保护驱动盘分总成结构和提高寿命的作用。驱动盘分总成以往的结构设计多为平板式，适用于曲轴后端面和液力变矩器前端面距离较小的情况，不能满足非同时开发的动力总成需求。为了达到发动机与变速器动力连接的目的，本设计是在现有驱动盘结构形式上的拓展，更好地优化了驱动盘结构，在满足设计要求的前提下加大了驱动盘的轴向距离，使其能够满足多种发动机与变速器的匹配要求。

1 设计要求

1）满足发动机正常启动；2）满足发动机曲轴输出端与变速器液力变矩器输入端连接；3）确保结构强度及刚度满足传递动力要求；4）驱动盘前后垫片满足保护驱动盘结构的要求。

2 输入条件

1）发动机最大功率103 kW，最大扭矩173 N·m，曲轴轴头及机体后端面参数，曲轴位置传感器布置于曲轴前端；2）启动机小齿轮参数，启动机位置处于发动机侧；3）变速器液力变矩器及壳体参数；4）飞轮螺栓为M10×1.25；5）变矩器螺栓为 M10×1.25。

3 零部件所处位置及装配过程

3.1 驱动盘分总成安装位置

驱动盘分总成安装在曲轴后端面和自动变速器液力变矩器前端面之间，如图1所示。

图1 驱动盘分总成安装位置示意图

3.2 装配方法及过程

1）将驱动盘前垫片、驱动盘分总成、驱动盘后垫片及飞轮螺栓依次装配到曲轴轴头，需要注意驱动盘前垫片翻边朝向发动机前端；2）连接发动机总成与自动变速箱壳体；3）在发动机侧的开口处拧紧驱动盘与变矩器的连接螺栓。

4 驱动盘分总成结构设计[1]

4.1 前期分析

本次设计的驱动盘分总成包括驱动盘和飞轮齿圈，通过焊接形式连接。驱动盘分总成要在满足边界条件的情况下通过螺栓连接曲轴与液力变矩器，即结构尺寸设计合理，空间不能有干涉情况。飞轮齿圈与启动机小齿轮同步开发，保证启动机齿轮与飞轮齿圈啮合正常，同时注意启动机位于发动机侧，飞轮齿圈需要在发动机侧增加倒角，以便于齿轮啮合。

驱动盘分总成需要达到足够的结构强度以保证在运动过程中结构不被破坏。结构刚度要合理，过大的刚度会导致曲轴输出扭矩对液力变矩器造成较大的冲击载荷，因此降低寿命，过小的刚度会导致驱动盘分总成容易变形。所以设计驱动盘分总成的方向为较大的结构强度，合理的结构刚度。

根据上述分析，明确设计步骤，即首先设计出大致的结构尺寸，然后进行结构性能的优化，最终确定驱动盘分总成全部结构尺寸。

4.2 初步结构设计

根据启动机在机体上的布置位置和启动机小齿轮参数可以确定飞轮齿圈齿形参数，再根据曲轴和启动机中心距可以明确飞轮齿圈的齿顶圆直径公称尺寸为275.2 mm，齿根圆直径公称尺寸为265.42 mm。文章主要对驱动盘分总成结构进行设计说明，故飞轮齿圈齿形设计不作赘述。

首先在驱动盘分总成径向方面，根据输入条件中的曲轴参数，可以确定驱动盘中心孔尺寸，曲轴飞轮螺栓孔数量和位置。根据液力变矩器参数，可以确定变矩器螺栓孔数量和位置。根据飞轮螺栓和变矩器螺栓参数可以确定各个螺栓孔的尺寸，如图2所示。再根据飞轮齿圈齿根圆直径和变矩器螺栓孔位置确定飞轮齿圈的内径和驱动盘的外径，如图3所示。

图2 驱动盘中心孔和螺栓孔位置及尺寸

图3 驱动盘外径尺寸示意图

考虑到变矩器螺栓孔在径向需要预留出螺栓法兰面的空间和经验设计中飞轮齿圈的径向厚度，最终确定飞轮齿圈内直径和驱动盘外直径的公称尺寸为254 mm。

飞轮齿圈齿形确定，内径尺寸确定，厚度采用经验设计尺寸10 mm，齿顶两侧进行1 mm倒直角，齿形在发动机侧进行1 mm倒直角便于启动啮合，如图4所示。与驱动盘采用焊接形式进行连接，焊接部位处于变速器侧，在飞轮齿圈内径处进行2 mm倒直角，有利于提高焊接性能，如图5所示。以上飞轮齿圈的结构设计基本完成，各个尺寸和公差后续一并校核。

图4 飞轮齿圈啮合倒角示意图

图5 飞轮齿圈内径倒角示意图

驱动盘轴向尺寸由变速器壳体、液力变矩器、机体及曲轴4个零部件决定，位置关系示意图，如图6所示。发动机机体与变速器壳体连接，曲轴端面到变矩器端面即为驱动盘所需要的轴向尺寸，同时飞轮齿圈在驱动盘上的焊接位置根据启动机参数确定。

图6 驱动盘及相关零部件位置关系示意图

根据输入条件，驱动盘曲轴侧安装面到变矩器侧安装面的轴向公称尺寸为26.25 mm，此驱动盘轴向尺寸已经把驱动盘前后垫片考虑在内，垫片设计详见下文。飞轮齿圈启动啮合侧端面到驱动盘曲轴侧安装面公称尺寸为0.5 mm，由此可以确定飞轮齿圈在驱动盘上的焊接位置。

以上径向和轴向尺寸是根据输入条件而定，不能改变。后续结构尺寸设计需以此为基础。

由于驱动盘轴向尺寸较大，故其结构不能类似普通平板式驱动盘，需要由台阶结构来满足轴向尺寸的要求。驱动盘外径处需要焊接飞轮齿圈，故结构需要在外侧进行翻边，驱动盘结构示意图，如图7所示。

图7 驱动盘结构示意图

台阶结构是驱动盘初步结构设计方案，满足了轴向空间连接尺寸、径向螺栓孔连接位置及飞轮齿圈焊接位置的要求。

4.3 初步校核结构设计

根据发动机功率扭矩参数、设计经验及同类型产品对标，驱动盘拟定使用2.5 mm厚钢板，材料为QStE460TM，材料标准为Q/BQB 310—2009《汽车结构用热连扎钢板及钢带》[2]。飞轮齿圈设计较为成熟，与其他量产飞轮齿圈结构形式没有本质区别，故参考以往设计材料确定为45#钢，材料标准为GB 699—1999《优质碳素结构钢》[3]。

首先校核曲轴螺栓孔和变矩器螺栓孔，飞轮螺栓法兰面直径19 mm，与驱动盘接触面积良好装配时无风险。变矩器螺栓法兰面直径20 mm，在装配时螺栓法兰面会与驱动盘翻边倒角产生干涉，如图8所示。

图8 螺栓法兰面与驱动盘翻边倒角干涉位置示意图

变矩器螺栓法兰面如果减小会影响受力面积，驱动盘结构翻边位置不能改变。故对驱动盘局部结构进行优化，采取避让结构来消除干涉，如图9所示，6处变矩器螺栓孔均布此结构。避让后干涉消除。

图9 驱动盘避让结构示意图

同时避让结构需要注意结构强度和加工工艺，在合理的位置倒圆角以降低应力（图10黑色正圆处），变矩器孔外侧结构尺寸（图10黑色椭圆处）直径253 mm，小于驱动盘外径254 mm，如图10所示。

图10 驱动盘避让结构重点部位

至此，驱动盘分总成结构设计大致完成，如图11所示，结构布置无干涉情况发生。

图11 驱动盘初步结构设计示意图

（待续）