張貴輝 黃其柏 王洪彬

摘 要：雙質(zhì)量飛輪需要根據(jù)不同的使用工況在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，而在不同的轉(zhuǎn)速下雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)特性也不相同，為了進(jìn)一步優(yōu)化雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性，提升雙質(zhì)量飛輪基于整車(chē)的NVH特性，本文建立了雙質(zhì)量飛輪在不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)態(tài)仿真模型并進(jìn)行了仿真分析，通過(guò)設(shè)計(jì)制造的臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行了樣件的試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了仿真建模分析的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的雙質(zhì)量飛輪動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性優(yōu)化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，雙質(zhì)量飛輪所處的轉(zhuǎn)速越高，動(dòng)態(tài)性能越差，轉(zhuǎn)速越低動(dòng)態(tài)性能越優(yōu)。

關(guān)鍵詞：雙質(zhì)量飛輪;動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性;仿真分析; NVH; Amesim

0 引言

雙質(zhì)量飛輪自上個(gè)世紀(jì)80年代首次在寶馬車(chē)上批量裝配以來(lái)，已在整車(chē)上發(fā)展使用了近40年，相對(duì)于離合器從動(dòng)盤(pán)減振器，雙質(zhì)量飛輪通過(guò)減小扭轉(zhuǎn)剛度，增大初次級(jí)飛輪的慣量，極大的衰減了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭振，為整車(chē)的NVH特性的提升做出了巨大貢獻(xiàn)，但隨著整車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)整車(chē)舒適性的要求的不斷提高，對(duì)雙質(zhì)量飛輪的性能也提出了新的要求，雙質(zhì)量飛輪動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性的好壞直接影響著雙質(zhì)量飛輪對(duì)整車(chē)振動(dòng)衰減效果的優(yōu)劣，現(xiàn)有的生產(chǎn)研究企業(yè)基本只對(duì)雙質(zhì)量飛輪的靜態(tài)扭振特性進(jìn)行分析與驗(yàn)證，缺少對(duì)雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性的研究，本文在雙質(zhì)量飛輪靜態(tài)扭振特性的基礎(chǔ)上，利用Amesim軟件進(jìn)行仿真建模，通過(guò)對(duì)仿真建模分析和試驗(yàn)驗(yàn)證的研究進(jìn)一步優(yōu)化雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性。

1 雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)和基本原理

長(zhǎng)弧形彈簧雙質(zhì)量飛輪是當(dāng)今整車(chē)上應(yīng)用最廣泛，性能最優(yōu)的一種雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)由LUK公司在上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)明創(chuàng)造，一般由初級(jí)飛輪、彈簧減振系統(tǒng)、次級(jí)飛輪組成，此種結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)量飛輪的特點(diǎn)主要為在初次級(jí)飛輪中間的環(huán)形油腔內(nèi)置有長(zhǎng)弧形彈簧減振系統(tǒng)，長(zhǎng)弧形彈簧減振系統(tǒng)可以在初次級(jí)飛輪組成的環(huán)型油腔內(nèi)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)滑動(dòng)，用于傳遞扭矩，環(huán)形油腔內(nèi)充滿阻尼脂，用來(lái)減少?gòu)椈膳c其他零件的摩擦，最大限度進(jìn)行減振隔振。

由于弧形彈簧在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，與初級(jí)飛輪存在摩擦，同時(shí)隨著轉(zhuǎn)速的升高，弧形彈簧所受的摩擦力由于離心力的增大而逐漸增大，摩擦力的增大相當(dāng)于增加了雙質(zhì)量飛輪的彈簧扭轉(zhuǎn)剛度，導(dǎo)致雙質(zhì)量飛輪的減振性能變差，故雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性是隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以雙質(zhì)量飛輪在設(shè)計(jì)初期要考慮雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性，因此研究雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性至關(guān)重要。

2 雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭振特性測(cè)試

本文的目的是要利用Amesim軟件建立雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性仿真模型，并驗(yàn)證模型精度，為下一步的基于整車(chē)的NVH仿真奠定基礎(chǔ)，為了保證雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性仿真模型和分析結(jié)果的精度，需要通過(guò)實(shí)際樣件的測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化仿真模型結(jié)果，故課題組根據(jù)測(cè)試要求和標(biāo)準(zhǔn)，與非標(biāo)設(shè)備廠家共同對(duì)動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)制造并進(jìn)行動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)測(cè)試，以此為標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證仿真模型和分析結(jié)果的精度。

2.1 雙質(zhì)量飛輪動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性測(cè)試設(shè)備

雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性試驗(yàn)機(jī)主要包括兩個(gè)動(dòng)力源，動(dòng)力源1主要為施加轉(zhuǎn)速，動(dòng)力源2用于施加負(fù)載產(chǎn)生扭矩，同時(shí)附有轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器，雙質(zhì)量飛輪樣件置于兩個(gè)動(dòng)力源中間，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以同時(shí)調(diào)整不同的轉(zhuǎn)速和扭矩滿足測(cè)試要求，設(shè)備原理圖如下：

2.2 雙質(zhì)量飛輪動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性測(cè)試

利用雙質(zhì)量飛輪動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性測(cè)試臺(tái)分別對(duì)某雙質(zhì)量飛輪進(jìn)行了動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)測(cè)試，測(cè)試轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm得到的測(cè)試結(jié)果如下：

3 雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性建模仿真

動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性的仿真分析是在靜態(tài)扭振特性的基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)速，保證可以在不同的轉(zhuǎn)速下仿真雙質(zhì)量飛輪的動(dòng)態(tài)扭振特性，基于以上要求，仿真模型如下：

通過(guò)批處理，分別仿真出雙質(zhì)量飛輪在不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性，同時(shí)與測(cè)試曲線進(jìn)行了擬合對(duì)比，對(duì)比曲線如下：

通過(guò)仿真后的分析曲線與實(shí)測(cè)的曲線對(duì)比可以看出，仿真結(jié)果與數(shù)據(jù)基本一致，達(dá)到了仿真精度的要求，同時(shí)可以看出隨著轉(zhuǎn)速的升高，雙質(zhì)量飛輪的摩擦滯后隨之增大，相當(dāng)于增加了彈簧剛度，會(huì)導(dǎo)致雙質(zhì)量飛輪的整車(chē)扭振衰減能力下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)長(zhǎng)弧形彈簧雙質(zhì)量飛輪的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)特性和動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了仿真建模及分析，并通過(guò)實(shí)際樣件的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)性能測(cè)試與仿真結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了仿真建模的精度。

仿真分析分別分析了雙質(zhì)量飛輪在1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm下的動(dòng)態(tài)仿真曲線，讀取了雙質(zhì)量飛輪初次級(jí)飛輪的相對(duì)角度與扭矩的波動(dòng)曲線，通過(guò)結(jié)果分析可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的升高，雙質(zhì)量飛輪的滯后阻尼力矩越大，同時(shí)彈簧工作瞬間的阻力矩越大。由于雙質(zhì)量飛輪基于整車(chē)的NVH特性會(huì)隨著摩擦滯后阻尼力矩的變大而變差，也就是隨著轉(zhuǎn)速的升高而變差，所以本文研究提供的雙質(zhì)量飛輪扭轉(zhuǎn)特性仿真模型和試驗(yàn)驗(yàn)證方案，為進(jìn)一步分析優(yōu)化雙質(zhì)量飛輪的整車(chē)NVH特性提供了理論基礎(chǔ)和測(cè)試手段。

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