汽車發(fā)動(dòng)機(jī)減振和變速器先進(jìn)技術(shù)

2nd學(xué)習(xí)會(huì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)汽車業(yè)技術(shù)介紹①1.發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)——成因、關(guān)鍵作用力2.汽車業(yè)技術(shù)介紹——雙質(zhì)量飛輪DMF3.汽車業(yè)技術(shù)介紹——變速器相關(guān)2015.4.23PART1發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)——成因、關(guān)鍵作用力前置基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)：力使物體繞某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的力學(xué)效應(yīng)，稱為力對該點(diǎn)之矩。力的大小F與力臂長度d的乘積冠以適當(dāng)?shù)恼?fù)號(hào)，以符號(hào)Mo(F)表示，記為：Mo(F)＝±F·d*矩=力×長度*力=質(zhì)量×加速度（位移的二階導(dǎo)數(shù)）驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的源泉可以歸結(jié)于曲柄銷中心B點(diǎn)處的一個(gè)總力矩Mo，那么Mo怎么來的？Mo=“沿著連桿軸向的總力Pt”ד曲軸中心與Pt作用線的距離h”*Mo=Pt×h那么Pt是怎么來的？Pt的來源可以歸結(jié)于活塞的Pg和PjPg是活塞頂面上氣體的爆發(fā)壓力Pj是活塞本身運(yùn)動(dòng)帶來的慣性力顯然，根據(jù)余弦定理*Pt=(Pg+Pj)/cosβ那么Pg和Pj如何計(jì)算？見下頁為曲柄半徑與連桿長度之比。

pg是活塞頂面受到的單位爆發(fā)壓力（壓強(qiáng)），通過單缸試驗(yàn)實(shí)測得到

氣體爆發(fā)壓力=單位壓力（壓強(qiáng)）×活塞頂面的面積活塞往復(fù)慣性力=活塞質(zhì)量×活塞加速度

顯然曲柄銷中心點(diǎn)B在圓周上不同位置時(shí)，h和Pt也是不同的，因而Mo是周期性大小變化的，可以表示為關(guān)于曲柄轉(zhuǎn)角的周期性函數(shù)，這一周期性變化的轉(zhuǎn)矩激起了曲軸的扭振。顯然活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿總是從側(cè)面以一定角度推動(dòng)活塞的，因而活塞總是對缸體有一個(gè)側(cè)向壓力Pn：Pn=（Pg+Pj）/tanβ綜上，總結(jié)如下：發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，主要存在4種類型的力，它們是發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作和輸出扭矩的源泉，也是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生各種振動(dòng)的根源：氣體壓力Pg、往復(fù)慣性力Pj、活塞對缸壁的壓力Pn、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性離心力Fi（1）氣體壓力Pg、往復(fù)慣性力Pj、活塞對缸壁的壓力Pn、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性離心力Fi，這四者的橫向分量共同使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了水平方向的振動(dòng)。（2）往復(fù)慣性力Pj、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性離心力Fi，這兩者的豎直分量共同使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了豎直方向的振動(dòng)。（3）氣體壓力Pg、往復(fù)慣性力Pj形成的周期性變化力矩Mo導(dǎo)致了曲軸的扭振，Pg和Pj都是關(guān)于曲軸轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)（往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)）的本質(zhì)？通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)，把往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成連續(xù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。顯然，推力作用點(diǎn)是偏心的，推力與圓心（軸心）形成力矩從而推動(dòng)曲軸連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（如果推力不偏心，其作用方向通過圓心則力矩為零，曲軸不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)），這種由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化來的間接回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)決定了內(nèi)燃機(jī)工作過程中必然存在周期性的振動(dòng)。氣體爆發(fā)壓力Pg活塞往復(fù)慣性力Pj活塞對缸體側(cè)向壓力Pn旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力FiPART2汽車業(yè)技術(shù)介紹①——常見變速器技術(shù)介紹雙質(zhì)量飛輪（DMF）雙質(zhì)量飛輪，就是將原來的一個(gè)飛輪分成兩個(gè)部分，一部分保留在原來發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的位置上，起到原來飛輪的作用，用于起動(dòng)和傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，這一部分稱為初級(jí)質(zhì)量。另一部分則放置在傳動(dòng)系變速器一側(cè)，用于提高變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這一部分稱為次級(jí)質(zhì)量。兩部分飛輪之間有一個(gè)環(huán)型的油腔，在腔內(nèi)裝有彈簧減振器，由彈簧減振器將兩部分飛輪連接為一個(gè)整體。次級(jí)質(zhì)量能在不增加飛輪的慣性矩的前提下提高傳動(dòng)系的慣性矩，令共振轉(zhuǎn)速下降到怠速轉(zhuǎn)速以下。離合器變速器飛輪曲軸TVD1-離合器2-變速器3-萬向節(jié)4-驅(qū)動(dòng)橋

（減速器和差速器）初級(jí)飛輪質(zhì)量和殼體與曲軸固聯(lián)，次級(jí)飛輪質(zhì)量套在殼體軸套上可以與初級(jí)飛輪質(zhì)量形成相對轉(zhuǎn)動(dòng)（相對轉(zhuǎn)角可達(dá)40°），初級(jí)飛輪質(zhì)量和次級(jí)飛輪質(zhì)量之間通過彈簧扭振減振器連接，離合器與次級(jí)飛輪質(zhì)量通過摩擦片接合。DMF的作用是：降低“發(fā)動(dòng)機(jī)-傳動(dòng)系”系統(tǒng)的扭振，實(shí)際是將發(fā)動(dòng)機(jī)傳出的振動(dòng)進(jìn)一步衰減，使從離合器開始的傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振大幅降低，DMF并不是減輕發(fā)動(dòng)機(jī)本身的振動(dòng)。DMF相當(dāng)于連接動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的一座橋梁。所以，DMF不能代替TVD，因?yàn)槎叩淖饔脤ο?、目的是不同的。由次?jí)飛輪質(zhì)量與離合器的摩擦片來完成離合動(dòng)作，這樣就可以衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，減輕變速器的負(fù)荷。雙質(zhì)量飛輪的次級(jí)質(zhì)量與變速器的分離和結(jié)合是由一個(gè)不帶減振器的剛性離合器盤來完成的，由于離合器沒有了減振器，質(zhì)量明顯減小。下圖是雙質(zhì)量飛輪的減振效果和離合器從動(dòng)盤減振器的減振效果對比。所以DMF是汽車NVH領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一。如要加裝DMF，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力、振動(dòng)相關(guān)參數(shù)都要重新設(shè)計(jì)計(jì)算，無法沿用或改裝，所以工作量很大，對技術(shù)要求很高，目前國內(nèi)還無法獨(dú)立設(shè)計(jì)，多是直接引進(jìn)國外的發(fā)動(dòng)機(jī)。雙離合（DCT）全稱是雙離合變速器（DualClutchTransmission），是四類自動(dòng)變速器的一種，也是最先進(jìn)的自動(dòng)變速器之一，他的另一個(gè)名字就是所謂的DSG（Direct

ShiftGearbox，“直接換擋變速器”，這是大眾的命名）自動(dòng)變速器【全自動(dòng)，半無級(jí)】液力自動(dòng)變速器（AT）AutomaticTransmission【全自動(dòng)，全無級(jí)】機(jī)械無級(jí)變速器（CVT）ContinuouslyVariableTransmission【全自動(dòng)，有級(jí)】雙離合變速器（DCT）DualClutchTransmission【半自動(dòng)，有級(jí)】電控機(jī)械變速器（AMT）AutomatedManualTransmission機(jī)械雙離合變速器DualClutchTransmission2個(gè)離合器，兩根軸，1#離合器連接奇數(shù)檔位，2#離合器連接偶數(shù)檔位，以某一個(gè)檔位工作時(shí)，其實(shí)它的下一檔位齒輪已經(jīng)嚙合，只是另一個(gè)離合器還處于分離狀態(tài)，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到換擋意圖時(shí)（油門、剎車），電腦自動(dòng)控制現(xiàn)在的離合器分離，同時(shí)下一檔位的離合器接合，兩者同時(shí)進(jìn)行，從而達(dá)到換擋平滑，動(dòng)力無間斷。比如，1檔工作時(shí)，1#離合器處于接合狀態(tài)，通過1檔齒輪傳動(dòng)；此時(shí)2檔的齒輪其實(shí)也是嚙合的，但2#離合器處于分離狀態(tài)，所以對傳動(dòng)沒有影響；控制系統(tǒng)檢測到油門繼續(xù)加大，會(huì)自動(dòng)開始換擋，此時(shí)1#離合器分離，同時(shí)2#離合器接合，此時(shí)一個(gè)換擋動(dòng)作完成，時(shí)間短至0.8s，動(dòng)力沒有間斷。機(jī)械無級(jí)變速器Continuously

VariableTransmissionCVT可以實(shí)現(xiàn)真正的無級(jí)變速，它類似自行車鏈條傳動(dòng)，只不過CVT的前后兩個(gè)“鏈輪”的輪徑是可以在一定范圍內(nèi)逐漸連續(xù)變化的，理論上可以說是有無限個(gè)檔位。從圖上可以理解，CVT的傳動(dòng)輪每一個(gè)都分為左右兩片錐輪，兩錐輪在軸向可以靠近和遠(yuǎn)離，兩片之間形成了可變寬度的輪槽。比如主動(dòng)輪（發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)）的兩片錐輪靠近時(shí)，輪槽變窄，輪徑變大；從動(dòng)輪的兩片錐輪會(huì)遠(yuǎn)離，輪槽變寬，輪徑變小，即低檔變向高檔。其它反之。液力自動(dòng)變速器Automatic

TransmissionAT的原理與其它自動(dòng)變速器完全不同，它通過液力方式傳輸動(dòng)力。關(guān)鍵部件是液力變矩器（FTC,FluidTorqueConverter），其它變速器沒有這個(gè)部件。液力變矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的導(dǎo)輪。導(dǎo)輪對液體的導(dǎo)流作用使液力變矩器的輸出扭矩可高于或低于輸入扭矩，因而稱為變矩器。但AT的缺點(diǎn)也多，一是對速度變化反應(yīng)較慢；二是液力傳動(dòng)阻力較大，反應(yīng)慢比較費(fèi)油，傳動(dòng)效率低，變矩范圍也有限；三是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，修理困難。在液力變扭器內(nèi)高速循環(huán)流動(dòng)的液壓油會(huì)產(chǎn)生高溫，所以要用指定的耐高溫液壓油?？傊?，外負(fù)荷↖，車速↘，渦輪轉(zhuǎn)速↘，輸出扭矩↖；外負(fù)荷↘，車速↖，渦輪轉(zhuǎn)速↖，輸出扭矩↘。這種不需控制,自動(dòng)隨外界負(fù)荷變化而改變輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的性能稱為變矩器的自適應(yīng)性。電控機(jī)械變速器AutomatedManual

Transmission