雙離合器式自動(dòng)變速器(DCT)柔性盤(pán)振動(dòng)強(qiáng)度計(jì)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(guó)第一汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心， 長(zhǎng)春 130011；

2. 杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司， 杭州 311203

WangMingcheng1GuZhenyu1BaiXiuchao1

SongBin2LiXingzhong2

1.ChinaFAWGroupCorporationR&DCenter，Changchun130011;

2.HangzhouAdvanceGearboxGroupCo.,Ltd.,Hangzhou311203

[摘要]柔性盤(pán)作為自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的剛度強(qiáng)度性能，而且還影響整車(chē)的行駛平順性。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)自動(dòng)變速器柔性盤(pán)的設(shè)計(jì)開(kāi)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(jì)開(kāi)發(fā)了一套匹配發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)C級(jí)轎車(chē)的柔性盤(pán)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)柔性盤(pán)進(jìn)行了振動(dòng)強(qiáng)度仿真分析計(jì)算，其中包括機(jī)構(gòu)的軸向剛度計(jì)算分析和周向強(qiáng)度校核分析，并針對(duì)選用不同柔性盤(pán)盤(pán)體形狀方案對(duì)減振效果進(jìn)行了仿真對(duì)比計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)柔性盤(pán)盤(pán)體形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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(pán)剛度強(qiáng)度振動(dòng)仿真

文章編號(hào)：1006-8244(2015)03-018-04

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.211+.2

Key words: DCTflexible diskstiffnessintensityvibration simulation

0　引　言

雙離合器式自動(dòng)變速器通過(guò)兩個(gè)離合器分別連接兩根輸入軸，兩個(gè)離合器分別在不同的速度接合，換擋過(guò)程中通過(guò)控制離合器的滑摩使得動(dòng)力持續(xù)傳遞，能夠?qū)崿F(xiàn)在不切斷動(dòng)力的情況下轉(zhuǎn)換傳動(dòng)比，有效提高換擋品質(zhì),獲得較好的燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性。為防止發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)雙離合器的沖擊，DCT變速器在發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器之間設(shè)計(jì)了柔性盤(pán)，以實(shí)現(xiàn)減小發(fā)動(dòng)機(jī)軸向振動(dòng)及保護(hù)雙離合器的目的。

1　DCT柔性盤(pán)的結(jié)構(gòu)布置及性能特點(diǎn)

1.1DCT柔性盤(pán)的結(jié)構(gòu)布置

如圖1所示，DCT柔性盤(pán)主要由螺母1﹑盤(pán)體2和花鍵轂3組成。六個(gè)螺母1與兩片盤(pán)體2通過(guò)激光焊接方式相連；中央的花鍵轂3與兩片盤(pán)體2也通過(guò)激光焊接方式相連。柔性盤(pán)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與雙離合器之間，將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩傳遞給雙離合器。工作時(shí)，柔性盤(pán)通過(guò)其軸向剛度小的特點(diǎn)，減小了由于發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的軸向振動(dòng)所引起的沖擊，對(duì)雙離合器起到保護(hù)作用。柔性盤(pán)采用雙片盤(pán)體結(jié)構(gòu)，具有承載強(qiáng)度高和軸向剛度小的特點(diǎn)。

圖1　DCT柔性盤(pán)結(jié)構(gòu)圖

圖2　DCT柔性盤(pán)安裝圖

1.2DCT柔性盤(pán)的性能特點(diǎn)

根據(jù)某車(chē)型整車(chē)參數(shù)及使用要求，確定了DCT柔性盤(pán)的設(shè)計(jì)目標(biāo)值。最終提出以下針對(duì)這款車(chē)型傳動(dòng)系減振的相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

表1　柔性盤(pán)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)

2　強(qiáng)度剛度及計(jì)算分析

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

2.1選用材料參數(shù)

表2　柔性盤(pán)各零件材料特性

2.2計(jì)算工況

計(jì)算模型見(jiàn)圖3，固定柔性盤(pán)與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪連接的六個(gè)螺栓孔，兩片柔性盤(pán)分別與花鍵轂和螺母焊接在一起，在花鍵轂中心點(diǎn)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(diǎn)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(duì)柔性盤(pán)性能影響的仿真計(jì)算

2.3.1柔性盤(pán)盤(pán)體形狀對(duì)剛度和強(qiáng)度影響的計(jì)算

通過(guò)對(duì)盤(pán)體形狀，特別針對(duì)盤(pán)體減重孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)，共制定三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算，得出以下結(jié)論：柔性盤(pán)盤(pán)體加強(qiáng)筋的寬度越小越有利于提高柔性盤(pán)的強(qiáng)度和減小軸向剛度，提高疲勞壽命。方案設(shè)計(jì)中，通過(guò)針對(duì)柔性盤(pán)盤(pán)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(pán)的軸向剛度，提高總成疲勞壽命的效果。

2.3.2柔性盤(pán)片數(shù)對(duì)剛度和強(qiáng)度性能的影響計(jì)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(qiáng)，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(huì)增大，但會(huì)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(qiáng)度不變，鋼板的剛度減小相應(yīng)倍數(shù)。設(shè)計(jì)采用單片，雙片和四片方案，柔性盤(pán)總成的剛度計(jì)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(jì)算結(jié)果

表4　剛度計(jì)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(jì)算結(jié)果

表6　軸向剛度計(jì)算結(jié)果

由以上計(jì)算可知柔性性盤(pán)的強(qiáng)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(pán)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在滿(mǎn)足其強(qiáng)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(jì)算無(wú)法滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，單片和雙片滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，最終采用雙片方案。

2.3.3軸向變形量對(duì)柔性盤(pán)剛度和強(qiáng)度影響的計(jì)算

設(shè)計(jì)中針對(duì)柔性盤(pán)軸向變形量0.5、1.0和1.5分別計(jì)算強(qiáng)度和剛度特性，得出如下結(jié)論：柔性盤(pán)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(pán)的軸向變形量，即

表7　不同軸向變形量下的強(qiáng)度安全系數(shù)

減小發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的安裝錯(cuò)位量是提高柔性盤(pán)疲勞壽命的有效方法。

圖7　軸向剛性曲線(xiàn)

圖8　扭轉(zhuǎn)剛性曲線(xiàn)

3　柔性盤(pán)剛?cè)狁詈戏抡娣治鲇?jì)算

柔性盤(pán)為連接發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的柔性部件，在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出較大扭轉(zhuǎn)載荷或者存在軸向振動(dòng)時(shí)，柔性盤(pán)會(huì)發(fā)生一定的彈性變形，因此為了更真實(shí)地模擬整個(gè)傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)性能，必須將柔性盤(pán)作為柔性體進(jìn)行分析。本文建立了基于A(yíng)DAMS環(huán)境中的傳動(dòng)裝置剛?cè)狁詈咸摂M樣機(jī)仿真模型，對(duì)單片柔性盤(pán)、雙片柔性盤(pán)和四片柔性盤(pán)(總厚度均為2 mm)的軸向動(dòng)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(pán)的三維模型，然后在A(yíng)NSYS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(pán)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(diǎn)、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(pán)mnf模態(tài)中性文件

模態(tài)中性文件建立完畢，即可通過(guò)ADAMS/Flex接口將其導(dǎo)入到ADAMS/View界面。在A(yíng)DAMS中將柔性盤(pán)的剛體替換為柔性模態(tài)文件。柔性盤(pán)的ADAMS剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型如圖10所示。整個(gè)動(dòng)力學(xué)仿真模型包括三大組件：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸組件，柔性盤(pán)組件和雙離合器組件。

圖10　ADAMS剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸組件施加軸向正弦波激勵(lì)，幅值1 mm，周期0.2 s，施加激勵(lì)如圖11所示。

在柔性盤(pán)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(pán)總厚度不變的情況下，柔性盤(pán)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(dòng)機(jī)曲軸正弦激勵(lì)的關(guān)系，柔性盤(pán)組件的軸向剛度如表8所示。

圖11　發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸正弦激勵(lì)曲線(xiàn)

圖12　不同片數(shù)柔性盤(pán)時(shí)離合器受力情況

表8　不同片數(shù)柔性盤(pán)組件剛度計(jì)算值

4　結(jié)論

(1) 雙離合器自動(dòng)變速器柔性盤(pán)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(dòng)特性。

(2) 在柔性盤(pán)總厚度不變的條件下，通過(guò)增加其片數(shù)，可以實(shí)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(pán)的軸向減振特性。

(3) 由仿真分析可知，通過(guò)增加柔性盤(pán)的片數(shù)，軸向振動(dòng)特性就會(huì)明顯提高，對(duì)雙離合器軸向沖擊振動(dòng)保護(hù)起到很大作用。

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