本文關(guān)鍵詞：基于形狀約束的雙質(zhì)量飛輪設(shè)計及非線性振動研究

  更多相關(guān)文章： 雙質(zhì)量飛輪 形狀約束 摩擦軸承 轉(zhuǎn)矩補償 慣性平衡 非線性振動

【摘要】：當發(fā)動機輸入的扭轉(zhuǎn)激勵頻率與汽車傳動系的固有頻率接近或相同時,會引起傳動系的共振,這將直接影響到汽車的乘坐舒適性以及傳動系零部件的強度和使用壽命,甚至對汽車行駛安全造成威脅。大轉(zhuǎn)矩大功率是發(fā)動機發(fā)展的趨勢,隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和功率的不斷增加,發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的不規(guī)則性也隨之加大,這會增大汽車動力傳動系扭振和噪聲。隨著人們對汽車的乘坐舒適性要求不斷提高,以及相關(guān)法規(guī)對汽車噪聲標準的要求也更高,使得扭轉(zhuǎn)振動控制的問題變得更為突出。雙質(zhì)量飛輪能有效地衰減汽車動力傳動系的扭轉(zhuǎn)振動,具有良好的隔振和減振性能,國外自80年代開始研究并應(yīng)用和不斷改進。由于國外技術(shù)的保密和壟斷,我國在此領(lǐng)域還沒有完全突破,到目前為止,國內(nèi)中高檔汽車中搭載的雙質(zhì)量飛輪均由國外進口且價格昂貴。因此,對雙質(zhì)量飛輪的研究具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。為保證減振性能,周向短彈簧單級剛度雙質(zhì)量飛輪在小扭轉(zhuǎn)角時具有小的剛度,由于結(jié)構(gòu)的局限性,其能夠傳遞的最大轉(zhuǎn)矩有限,并且,由于加工和裝配的原因,初級飛輪和次級飛輪之間存在一定的空轉(zhuǎn)角,飛輪轉(zhuǎn)過空轉(zhuǎn)角時存在沖擊問題。分段剛度雙質(zhì)量飛輪實現(xiàn)了匹配大功率發(fā)動機高轉(zhuǎn)矩的要求,但其扭轉(zhuǎn)剛度隨轉(zhuǎn)角的變化不連續(xù),在剛度切換時,會引起變速箱齒輪嚙合時的沖擊載荷和噪聲。為提高單級剛度雙質(zhì)量飛輪輸出轉(zhuǎn)矩能力和緩解空轉(zhuǎn)角帶來的沖擊,以及解決三級分段階躍變剛度雙質(zhì)量飛輪剛度不連續(xù)變化引起的沖擊問題,本文在前期研究和與飛輪生產(chǎn)企業(yè)合作共同開發(fā)雙質(zhì)量飛輪基礎(chǔ)上,提出了基于形狀約束的雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計和實施方式,建立了搭載雙質(zhì)量飛輪的汽車動力傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動分析模型,對系統(tǒng)的非線性扭轉(zhuǎn)振動特性進行了分析。論文采取理論推導(dǎo)、仿真分析和試驗驗證等多種方法相結(jié)合對雙質(zhì)量飛輪展開研究,取得了一定的成果,論文的主要工作有以下幾個方面:(1)為進一步提高大扭轉(zhuǎn)角時的輸出轉(zhuǎn)矩和消除空轉(zhuǎn)角帶來的沖擊,對單級剛度雙質(zhì)量飛輪進行了結(jié)構(gòu)改進設(shè)計,提出了基于形狀約束的摩擦軸承的設(shè)計思想和結(jié)構(gòu)的實施方式。以位移分量為基本變量,引入中間變量函數(shù),在極坐標下建立了摩擦軸承塊與次級飛輪接觸變形作用的彈性力學(xué)位移法理論計算模型,通過理論計算和有限元仿真,分析了雙質(zhì)量飛輪工作時,摩擦軸承塊與次級飛輪的接觸面上的應(yīng)變、應(yīng)力以及等效應(yīng)力的分布。由接觸面上的壓力分布,分析了接觸作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩特性。并對單級剛度雙質(zhì)量飛輪的總體轉(zhuǎn)矩特性和動力學(xué)特性進行了研究。(2)為研究單級剛度雙質(zhì)量飛輪的非線性振動特性,考慮單級剛度雙質(zhì)量飛輪中存在的軸向預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力矩、剛度含間隙變化特征和摩擦軸承塊與次級飛輪楔入接觸作用等非線性因素,建立了搭載單級剛度雙質(zhì)量飛輪的汽車傳動系的扭振模型,采用平均法和Runge—Kutta數(shù)值積分方法對系統(tǒng)的頻率特性的近似解析解以及強迫振動響應(yīng)進行了計算、分析和討論。(3)由于三級分段階躍變剛度的雙質(zhì)量飛輪各段轉(zhuǎn)矩為線性變化,雙質(zhì)量飛輪的剛度在切換時有突變,即剛度不連續(xù)變化,會導(dǎo)致變速箱齒輪嚙合產(chǎn)生沖擊載荷和噪聲。針對三級分段階躍變剛度雙質(zhì)量飛輪的剛度不連續(xù)問題,創(chuàng)造性地提出了基于補償原理的連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪的新型結(jié)構(gòu),引入了轉(zhuǎn)矩補償裝置,推導(dǎo)出初級飛輪型線設(shè)計理論方法,對轉(zhuǎn)矩補償裝置與初級飛輪相互作用構(gòu)件間的受力特點,以及轉(zhuǎn)矩補償后的雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩和剛度特性進行了分析研究。(4)針對所提出的基于補償原理的多級連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪,分析了雙質(zhì)量飛輪工作時,引入的轉(zhuǎn)矩補償裝置活動構(gòu)件慣性力特點以及慣性力對雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性的影響。為了消除轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性力對雙質(zhì)量飛輪的影響,在轉(zhuǎn)矩補償裝置基礎(chǔ)上加入了慣性力平衡機構(gòu),分析了平衡機構(gòu)對消除轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性力的效果。并且,考慮轉(zhuǎn)矩補償裝置和慣性平衡機構(gòu)中的相對運動構(gòu)件的摩擦因素,研究達到平衡慣性力目的設(shè)計要求,分析和討論了摩擦對慣性平衡裝置平衡效果的影響。(5)為研究多級剛度雙質(zhì)量飛輪的非線性振動特性,考慮多級剛度雙質(zhì)量飛輪的剛度隨轉(zhuǎn)角分段變化的非線性因素,建立了搭載多級剛度雙質(zhì)量飛輪的汽車傳動系力學(xué)分析扭振模型,采用平均法和Runge—Kutta數(shù)值積分方法對系統(tǒng)頻率特性的近似解析解以及強迫振動響應(yīng)進行了計算分析和討論。(6)與飛輪生產(chǎn)企業(yè)合作開發(fā)出本文所研究的引入摩擦軸承設(shè)計的單級剛度雙質(zhì)量飛輪和基于補償原理的多級剛度雙質(zhì)量飛輪,并對雙質(zhì)量飛輪進行試驗,圍繞測試目標和要求,提出了臺架試驗方案。對試驗結(jié)果進行討論,分析雙質(zhì)量飛輪的轉(zhuǎn)矩特性和剛度特性,并與理論分析結(jié)果進行對比,以驗證結(jié)構(gòu)實施方案、理論計算模型和理論分析的正確性。
【關(guān)鍵詞】：雙質(zhì)量飛輪 形狀約束 摩擦軸承 轉(zhuǎn)矩補償 慣性平衡 非線性振動
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U464.133.3
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 汽車動力傳動系扭轉(zhuǎn)振動11-15
• 1.1.1 汽車傳動系扭轉(zhuǎn)振動問題及研究現(xiàn)狀11-13
• 1.1.2 汽車動力傳動系扭振減振器13-15
• 1.2 雙質(zhì)量飛輪扭振減振器15-19
• 1.2.1 雙質(zhì)量飛輪減振原理15
• 1.2.2 雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)類型15-18
• 1.2.3 雙質(zhì)量飛輪發(fā)展及研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 課題的研究背景、意義和主要研究內(nèi)容19-23
• 2 基于形狀約束的單級剛度雙質(zhì)量飛輪摩擦軸承設(shè)計及分析23-51
• 2.1 引言23
• 2.2 單級剛度雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)和工作原理23-25
• 2.3 基于形狀約束的次級飛輪型線設(shè)計及轉(zhuǎn)矩特性計算模型25-30
• 2.3.1 次級飛輪型線設(shè)計25-27
• 2.3.2 轉(zhuǎn)矩特性計算模型27-30
• 2.4 接觸區(qū)域壓力分布的彈性力學(xué)計算模型30-37
• 2.4.1 極坐標下的彈性力學(xué)位移法求解方法30-33
• 2.4.2 位移邊界條件及應(yīng)力分布求解33-37
• 2.5 實例計算及分析37-48
• 2.5.1 接觸變形區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變分布38-40
• 2.5.2 有限元分析與理論計算結(jié)果對比分析40-43
• 2.5.3 單級剛度雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性43-45
• 2.5.4 單級剛度雙質(zhì)量飛輪動力學(xué)特性45-48
• 2.6 本章小結(jié)48-51
• 3 單級剛度雙質(zhì)量飛輪非線性振動分析51-73
• 3.1 引言51
• 3.2 扭轉(zhuǎn)振動模型和數(shù)學(xué)微分方程51-53
• 3.3 非線性頻率特性近似解析解53-60
• 3.3.1 引入摩擦軸承前的雙質(zhì)量飛輪頻率特性近似解析解54-59
• 3.3.2 引入摩擦軸承后的雙質(zhì)量飛輪頻率特性近似解析解59-60
• 3.4 頻率特性數(shù)值計算與分析60-65
• 3.4.1 頻率特性的跳躍現(xiàn)象60-63
• 3.4.2 激勵振幅Tp對幅頻特性的影響63-64
• 3.4.3 軸向預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力矩Mf對幅頻特性的影響64-65
• 3.4.4 空轉(zhuǎn)角 βe對幅頻特性的影響65
• 3.5 非線性強迫振動響應(yīng)分析65-71
• 3.6 本章小結(jié)71-73
• 4 基于補償原理的多級連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪設(shè)計及分析73-89
• 4.1 引言73-74
• 4.2 基于補償原理的多級連續(xù)變剛度雙質(zhì)量飛輪設(shè)計74-79
• 4.2.1 轉(zhuǎn)矩補償原理74-76
• 4.2.2 雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性參數(shù)76-79
• 4.3 初級飛輪型線設(shè)計79-83
• 4.3.1 力學(xué)分析模型79-81
• 4.3.2 轉(zhuǎn)矩補償型線的理論輪廓線81-82
• 4.3.3 轉(zhuǎn)矩補償型線的實際輪廓線82-83
• 4.4 理論計算與分析83-86
• 4.4.1 雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性及初級飛輪內(nèi)壁型線83-85
• 4.4.2 雙質(zhì)量飛輪動力學(xué)特性85-86
• 4.5 本章小結(jié)86-89
• 5 轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性平衡機構(gòu)設(shè)計及分析89-101
• 5.1 引言89
• 5.2 轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性力分析89-92
• 5.2.1 力學(xué)分析模型89-90
• 5.2.2 轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性力及對雙質(zhì)量飛輪的影響90-92
• 5.3 轉(zhuǎn)矩補償裝置慣性平衡的實現(xiàn)92-98
• 5.3.1 考慮摩擦的平衡質(zhì)量計算模型93-96
• 5.3.2 不考慮摩擦的平衡質(zhì)量計算模型96-97
• 5.3.3 摩擦對慣性平衡的影響分析97-98
• 5.4 本章小結(jié)98-101
• 6 多級剛度雙質(zhì)量飛輪非線性振動分析101-119
• 6.1 引言101
• 6.2 扭轉(zhuǎn)振動模型和數(shù)學(xué)微分方程101-102
• 6.3 非線性頻率特性近似解析解102-110
• 6.3.1 轉(zhuǎn)矩補償前的雙質(zhì)量飛輪頻率特性近似解析解102-108
• 6.3.2 轉(zhuǎn)矩補償后的雙質(zhì)量飛輪頻率特性近似解析解108-110
• 6.4 頻率特性數(shù)值計算與分析110-113
• 6.4.1 頻率特性的跳躍現(xiàn)象110-112
• 6.4.2 激勵振幅Tp對幅頻特性的影響112-113
• 6.5 非線性強迫振動響應(yīng)分析113-118
• 6.6 本章小結(jié)118-119
• 7 試驗驗證119-129
• 7.1 引言119
• 7.2 雙質(zhì)量飛輪轉(zhuǎn)矩特性試驗119-121
• 7.3 試驗結(jié)果分析121-127
• 7.3.1 單級剛度雙質(zhì)量飛輪試驗121-125
• 7.3.2 多級剛度雙質(zhì)量飛輪試驗125-127
• 7.4 本章小結(jié)127-129
• 8 結(jié)論與展望129-133
• 8.1 全文總結(jié)129-131
• 8.2 主要創(chuàng)新點131-132
• 8.3 研究展望132-133
• 致謝133-135
• 參考文獻135-145
• 附錄145-146
• A. 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文145
• B. 攻讀博士學(xué)位期間取得的科研成果145
• C. 攻讀博士學(xué)位期間獲得的榮譽及獎勵145-146
• D. 攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項目146

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本文編號：596304