扭转减振器的设计

郭伟博，谷吉星，杨 艳（河南安彩高科股份有限公司，河南 安阳 455000）

扭转减振器的设计

郭伟博，谷吉星，杨 艳
（河南安彩高科股份有限公司，河南 安阳 455000）

在行驶时，由于内燃机的工作特性会产生周期性的扭转振动，如果传动系发生扭转共振，将使传动件所受应力大大增加，而这一具有交变性质的应力会使零件的疲劳寿命急剧降低。为了降低汽车传动系的振动，一般情况下会在传动系中串联一个弹性阻尼装置。它就是扭转减振器。

减震器；设计；扭转减振器

本次设计中采用装在从动盘总成中的普通扭转减振器的布置形式进行设计。设计方案为弹簧摩擦式减振器。

图1　带有扭转减振器的从动盘总成

图1中所示为一带有扭转减振器的从动盘总成。从中我们可以看出弹簧摩擦式减振器的结构。

由图可知，从动片3与从动盘毂4的连接方式，其实是依靠周向布置的减振弹簧弹性地连接起来的。图中，从动盘毂以及从动盘片都在沿周向的相同位置开了长形窗口，每一个窗口中都放置一个减振弹簧8。扭矩从从动片3向从动盘毂的传递必须经由减振弹簧的作用。减振弹簧8的作用是有助于减小系统的扭转刚度，可以有效避免扭矩传递过程中的刚性冲击。同时，弹簧的阻尼特性可以避免传动系产生共振。而从动片与从动盘毂之间的阻尼片则更好的发挥其阻尼特性，抑制可能出现的共振现象。因为在产生扭转振动时，从动片、从动盘毂、阻尼片等元件之间会产生相对的移动，而阻尼片的阻尼特性会大大削弱这种移动的振幅。在弹簧摩擦式减振器中，限位销9不仅起到连接从动盘毂与减振盘的作用，同时能够限制从动片与从动盘毂之间的相对转动在最大允许范围之内，以此防止弹簧的变形过大而过早的损坏。

1　减振器参数计算

扭转减振器的极限转矩Tj扭转减振器的极限转矩指的是，当减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙时，减振器所能传递的最大转矩。它规定了减振器起作用的转矩上限。

极限转矩一般不会超过发动机转矩的两倍，可取Tj=Tmax+ΔTj=（1.2～1.4）Temax

对于本次设计取极限转矩为Tj=1.4Temax=1.4×179=250.6N≈251N ·m

扭转减振器的角刚度Ca，扭转减振器的角刚度是指，离合器从动片相对于其从动盘毂转单位角度所需的转矩值。定义为式中，T—加在从动片上的转矩（当减振器无阻尼时），N·m；θ—从动片相对于从动盘毂转过的角度，rad。Ca决定于减振弹簧的线刚度及其结构布置尺寸。设减振弹簧的中心线与半径为R1的圆周相切，则角刚度为，式中，K—每个减振弹簧的（线）刚度；n—减振弹簧个数；R1—减振弹簧的分布半径。减振器的角刚度的选择，既要满足能传递足够大转矩的要求，又要尽量降低其值满足避开共振的要求，通常初选为Ca≤13Tj，本次设计中Ca≤13Tj=13×251=3263N·m/rad。

扭转减振器的摩擦力矩Tf，在驱动时，由于发动机的转矩需要通过扭转减振器的减震弹簧传出。但由于角刚度受传扭要求的限制，不可能降低。所以很难避免在发动机正常转速范围内产生的共振现象。此时就需要通过系统阻尼来压低共振峰值，以达到降低噪声的目的。精确的求解过程会因为系统的非线性而带来极大困难。

计算与实践表明，对现代汽车的扭转减振器，其摩擦力矩可按下式选取［10］

Tf=（0.10～0.15）Temax。本次设计中取Tf=0.15Temax=0.15×179=26.85N·m

预紧力矩Tn，扭转减振器安装到窗口时都需要有一定的预紧力，以避免晃动。同时，有一定预紧力矩的减震弹簧可以降低减振器的扭转刚度。这显然是有利的。但预紧力矩值不应大于摩擦力矩，参考的取值范围为小汽车3-80N·m，载货汽车10-120N·m。本次设计中取摩擦力矩为20N·m。

极限转角ϕj，极限转角ϕj即减振器主、从动部分的最大相对转角。一般为3～5°。对于多级的变刚度减振器，较大且随级数的增加而增大，有的达12°左右。本次设计中取极限转角为3.5°。

2　减振器的计算

减振弹簧分布半径R1，减振弹簧分布半径R1的取值要考虑到减振弹簧的安装，一般取为R1=（0.6～0.75）d/2式中，d为摩擦片内径。本次设计中R1=48mm。

减振弹簧的数量Z，减振弹簧的数量，可由表给出的量值选取。

本次设计中，摩擦片外径D=225mm，选取减振弹簧数量为6。

弹簧的总工作负载PZ，弹簧的总工作负载指限位销与从动盘毂缺口间的间隙完全消除时，弹簧在压缩极限位置时，所有弹簧总的工作载荷，可由下式求得，，代入数据，得本次设计中PZ=5529.2N。

减振弹簧尺寸。计算过程不再赘述，减振弹簧的最小高度指的是减振弹簧在最大工作负载下的高度，此时弹簧压得最紧，但同时要在各圈留一定距离，故可按下式选取lmin=1.1dn=22mm，减振弹簧的总变形量Δl=P/k=3.69mm。减振弹簧的自由高度l0，l0=lmin+Δl=25.69mm。减振弹簧预紧变形量

［1］赵英.中国汽车工业的发展趋势及对策［J］.中国工业经济，2003，4（181）：18-24.

［2］舍弗勒汽车售后.离合器技术发展史［J］.汽车与配件，2014（46）：48-49.

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