雙離合器式自動變速器(DCT)柔性盤振動強度計算分析

Calculation and Analysis of Flexible Disk Vibration Intensity of

Double Clutch Transmission (DCT)

王明成1顧振宇1白秀超1宋斌2李興忠2

1. 中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心， 長春 130011；

2. 杭州前進(jìn)齒輪箱集團股份有限公司， 杭州 311203

WangMingcheng1GuZhenyu1BaiXiuchao1

SongBin2LiXingzhong2

1.ChinaFAWGroupCorporationR&DCenter，Changchun130011;

2.HangzhouAdvanceGearboxGroupCo.,Ltd.,Hangzhou311203

[摘要]柔性盤作為自動變速器的重要組成部分，其減振性能的優(yōu)劣不僅關(guān)系到傳動系統(tǒng)的剛度強度性能，而且還影響整車的行駛平順性。目前，國內(nèi)針對自動變速器柔性盤的設(shè)計開發(fā)尚處于空白狀態(tài)，急需在這領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)研究工作。本文基于雙離合器式變速器，設(shè)計開發(fā)了一套匹配發(fā)動機前置后驅(qū)C級轎車的柔性盤。在開發(fā)過程中對柔性盤進(jìn)行了振動強度仿真分析計算，其中包括機構(gòu)的軸向剛度計算分析和周向強度校核分析，并針對選用不同柔性盤盤體形狀方案對減振效果進(jìn)行了仿真對比計算，根據(jù)計算結(jié)果對柔性盤盤體形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

Abstract[]Flexible disk is as an important part of the automatic transmission, its damping performance will not only affect the stiffness and intensity of the transmission system, but also affect the ride performance of the vehicle. At present, the domestic design and development of the flexible disk for the transmission is still placed in blank appearance, it is urgent to do research in this field. Based on the double clutch transmission, a set of flexible disk matching front-engine and rear-drive C class car has been designed and developed. During the development of the flexible disk, the simulation analysis and calculation of the vibration intensity have been done, including the calculation of the axial stiffness and the check analysis of the circumferential intensity, and aiming at the different body shapes scheme of the flexible disk, the simulation and comparison of the damping effect have been done as well, according to the simulation results, a flexible disk plate body shape has been optimized

關(guān)鍵詞：DCT柔性盤剛度強度振動仿真

文章編號：1006-8244(2015)03-018-04

中圖分類號：U463.211+.2

Key words: DCTflexible diskstiffnessintensityvibration simulation

0　引　言

雙離合器式自動變速器通過兩個離合器分別連接兩根輸入軸，兩個離合器分別在不同的速度接合，換擋過程中通過控制離合器的滑摩使得動力持續(xù)傳遞，能夠?qū)崿F(xiàn)在不切斷動力的情況下轉(zhuǎn)換傳動比，有效提高換擋品質(zhì),獲得較好的燃油經(jīng)濟性與動力性。為防止發(fā)動機振動對雙離合器的沖擊，DCT變速器在發(fā)動機與離合器之間設(shè)計了柔性盤，以實現(xiàn)減小發(fā)動機軸向振動及保護(hù)雙離合器的目的。

1　DCT柔性盤的結(jié)構(gòu)布置及性能特點

1.1DCT柔性盤的結(jié)構(gòu)布置

如圖1所示，DCT柔性盤主要由螺母1﹑盤體2和花鍵轂3組成。六個螺母1與兩片盤體2通過激光焊接方式相連；中央的花鍵轂3與兩片盤體2也通過激光焊接方式相連。柔性盤安裝在發(fā)動機飛輪與雙離合器之間，將發(fā)動機的扭矩傳遞給雙離合器。工作時，柔性盤通過其軸向剛度小的特點，減小了由于發(fā)動機傳遞的軸向振動所引起的沖擊，對雙離合器起到保護(hù)作用。柔性盤采用雙片盤體結(jié)構(gòu)，具有承載強度高和軸向剛度小的特點。

圖1　DCT柔性盤結(jié)構(gòu)圖

圖2　DCT柔性盤安裝圖

1.2DCT柔性盤的性能特點

根據(jù)某車型整車參數(shù)及使用要求，確定了DCT柔性盤的設(shè)計目標(biāo)值。最終提出以下針對這款車型傳動系減振的相關(guān)設(shè)計要求。

表1　柔性盤機構(gòu)設(shè)計目標(biāo)

2　強度剛度及計算分析

本設(shè)計選用了三種形狀方案，并對其進(jìn)行了有限元計算分析，得到剛度、扭轉(zhuǎn)屈曲臨界載荷和強度計算值，為設(shè)計選型提供了依據(jù)。

2.1選用材料參數(shù)

表2　柔性盤各零件材料特性

2.2計算工況

計算模型見圖3，固定柔性盤與發(fā)動機飛輪連接的六個螺栓孔，兩片柔性盤分別與花鍵轂和螺母焊接在一起，在花鍵轂中心點施加軸向扭矩1050Nm，垂直軸向轉(zhuǎn)0.2°的位移約束，軸向向前和向后加±1.5mm的位移約束，花鍵轂中心點與內(nèi)壁靠剛性單元連接。

方案一方案二

方案三

2.3主要參數(shù)對柔性盤性能影響的仿真計算

2.3.1柔性盤盤體形狀對剛度和強度影響的計算

通過對盤體形狀，特別針對盤體減重孔的優(yōu)化設(shè)計，共制定三種設(shè)計方案進(jìn)行計算，得出以下結(jié)論：柔性盤盤體加強筋的寬度越小越有利于提高柔性盤的強度和減小軸向剛度，提高疲勞壽命。方案設(shè)計中，通過針對柔性盤盤體的減重孔的形狀進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到減小柔性盤的軸向剛度，提高總成疲勞壽命的效果。

2.3.2柔性盤片數(shù)對剛度和強度性能的影響計算

2) 軸壓比是影響鋼骨混凝土構(gòu)件的滯回耗能能力和延性的主要因素，軸壓比越小，構(gòu)件的滯回耗能能力越強，延性越好；在軸壓比小于0.4的范圍內(nèi)隨著軸壓比的增大，構(gòu)件的極限扭矩也會增大，但會導(dǎo)致塑性階段承載力的衰減和剛度退化，延性變差.

根據(jù)多片鋼板的疊加原理，在鋼板總厚度相同的條件下，隨著片數(shù)的增加，承載的強度不變，鋼板的剛度減小相應(yīng)倍數(shù)。設(shè)計采用單片，雙片和四片方案，柔性盤總成的剛度計算結(jié)果如下表6：

方案一方案二

方案三

表3　安全系數(shù)的計算結(jié)果

表4　剛度計算結(jié)果(單位N/m)

表5　屈曲模態(tài)分析結(jié)果

方案一方案二

方案三

圖6　模態(tài)分析計算結(jié)果

表6　軸向剛度計算結(jié)果

由以上計算可知柔性性盤的強度和彈性特性隨片數(shù)的增加而提高，所以在進(jìn)行柔性盤的設(shè)計時應(yīng)在滿足其強度的前提下應(yīng)采用盡可能多的片數(shù)。由于四片方案失穩(wěn)工況計算無法滿足強度要求，單片和雙片滿足強度要求，最終采用雙片方案。

2.3.3軸向變形量對柔性盤剛度和強度影響的計算

設(shè)計中針對柔性盤軸向變形量0.5、1.0和1.5分別計算強度和剛度特性，得出如下結(jié)論：柔性盤的疲勞特性隨軸向變形量的增加而減小，軸向剛度隨軸向變形量的增加而急劇增加。

由以上分析可知，減小柔性盤的軸向變形量，即

表7　不同軸向變形量下的強度安全系數(shù)

減小發(fā)動機與變速器的安裝錯位量是提高柔性盤疲勞壽命的有效方法。

圖7　軸向剛性曲線

圖8　扭轉(zhuǎn)剛性曲線

3　柔性盤剛?cè)狁詈戏抡娣治鲇嬎?/h2>

柔性盤為連接發(fā)動機和變速器的柔性部件，在發(fā)動機輸出較大扭轉(zhuǎn)載荷或者存在軸向振動時，柔性盤會發(fā)生一定的彈性變形，因此為了更真實地模擬整個傳動裝置的動態(tài)性能，必須將柔性盤作為柔性體進(jìn)行分析。本文建立了基于ADAMS環(huán)境中的傳動裝置剛?cè)狁詈咸摂M樣機仿真模型，對單片柔性盤、雙片柔性盤和四片柔性盤(總厚度均為2 mm)的軸向動力學(xué)特性進(jìn)行了仿真分析。

在PROE中建立不同片數(shù)柔性盤的三維模型，然后在ANSYS中利用import模塊把PROE文件導(dǎo)入到ANSYS中得到要柔性化的部件模型。定義材料屬性，柔性盤材料為St52，彈性模量2.12×105MPa 、泊松比0.3、密度7.8×103kg/m3。定義外部關(guān)鍵節(jié)點、掃掠劃分網(wǎng)格后生成mnf模態(tài)中性文件，如圖9所示。

圖9　柔性盤mnf模態(tài)中性文件

模態(tài)中性文件建立完畢，即可通過ADAMS/Flex接口將其導(dǎo)入到ADAMS/View界面。在ADAMS中將柔性盤的剛體替換為柔性模態(tài)文件。柔性盤的ADAMS剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型如圖10所示。整個動力學(xué)仿真模型包括三大組件：發(fā)動機曲軸組件，柔性盤組件和雙離合器組件。

圖10　ADAMS剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型

對發(fā)動機曲軸組件施加軸向正弦波激勵，幅值1 mm，周期0.2 s，施加激勵如圖11所示。

在柔性盤為單片、雙片和四片情況下，離合器組件受力情況如圖12所示。

從圖12中可以看出，在柔性盤總厚度不變的情況下，柔性盤片數(shù)越多，離合器組件所受軸向力越

小，其減震作用越顯著。根據(jù)離合器的軸向受力和發(fā)動機曲軸正弦激勵的關(guān)系，柔性盤組件的軸向剛度如表8所示。

圖11　發(fā)動機曲軸正弦激勵曲線

圖12　不同片數(shù)柔性盤時離合器受力情況

表8　不同片數(shù)柔性盤組件剛度計算值

4　結(jié)論

(1) 雙離合器自動變速器柔性盤在保證能夠保證承受額定載荷的條件下，軸向剛度應(yīng)盡可能小，以提高雙離合器的振動特性。

(2) 在柔性盤總厚度不變的條件下，通過增加其片數(shù)，可以實現(xiàn)在承受同等載荷條件下，剛度減小，從而有效提高柔性盤的軸向減振特性。

(3) 由仿真分析可知，通過增加柔性盤的片數(shù)，軸向振動特性就會明顯提高，對雙離合器軸向沖擊振動保護(hù)起到很大作用。

參考文獻(xiàn)

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