重型發(fā)動(dòng)機(jī)柔性輸出連接裝置設(shè)計(jì)淺析

趙會(huì)強(qiáng)，王樂(lè)

重型發(fā)動(dòng)機(jī)柔性輸出連接裝置設(shè)計(jì)淺析

趙會(huì)強(qiáng)，王樂(lè)

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

文章分析了重型發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種用于連接重型發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器的柔性連接方案，該連接方案也適用于其他類似傳動(dòng)裝置中。

液力自動(dòng)變速器；發(fā)動(dòng)機(jī)；柔性連接

引言

隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展，重型發(fā)動(dòng)機(jī)逐步向大排量，大扭矩方向發(fā)展，對(duì)于傳統(tǒng)離合器加手動(dòng)變速器式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，尤其在特種車及工程機(jī)械領(lǐng)域，對(duì)于整車的起步穩(wěn)定性、可靠性、舒適性提出了更為嚴(yán)苛的要求，帶變矩器式液力自動(dòng)變速器及液力變矩器加手動(dòng)變速器式傳動(dòng)系統(tǒng)以其優(yōu)異的起步穩(wěn)定性，可靠性在許多特殊領(lǐng)域使用越來(lái)越多。本文旨在通過(guò)分析發(fā)動(dòng)機(jī)和帶變矩器式液力自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種柔性設(shè)計(jì)的連接方案，為此類傳動(dòng)系統(tǒng)的連接設(shè)計(jì)提供一定的幫助和參考。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出形式和結(jié)構(gòu)分析

目前市場(chǎng)上主流的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)為帶啟動(dòng)齒圈式飛輪及飛輪殼結(jié)構(gòu)。飛輪安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上，啟動(dòng)齒圈安裝于飛輪上。部分發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)、啟動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向泵、PTO等功能模塊集成于飛輪及飛輪殼端。

(1)飛輪殼 (2)飛輪 (3)曲軸 (4)機(jī)體

圖1所示為一般六缸四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。飛輪殼與機(jī)體固定安裝為一體。飛輪與曲軸為旋轉(zhuǎn)件安裝為一體，輸出發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力至傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸會(huì)受熱膨脹，伸長(zhǎng)后會(huì)發(fā)生軸向移動(dòng)，若曲軸驅(qū)動(dòng)的正時(shí)齒輪為斜齒，在工作中也會(huì)產(chǎn)生軸向推力，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中曲軸產(chǎn)生軸向移動(dòng)[1]。曲軸軸向間隙的大小與曲軸尺寸，曲軸止推系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)。一般柴油機(jī)曲軸軸向間隙在0.15-0.34mm之間，隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)間隙會(huì)逐步增大，對(duì)于某些重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸軸向間隙最大可能到0.6-1mm左右。

發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的功用為儲(chǔ)存做功行程的部分能量，克服非做功行程的阻力和短暫的超負(fù)荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力的主要部件。一般飛輪上會(huì)集成安裝起動(dòng)齒圈，用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。某些發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪外圓上還刻有上止點(diǎn)，供油始點(diǎn)等記號(hào)，以便檢查調(diào)整供油、點(diǎn)火及氣門正時(shí)。同時(shí)飛輪與曲軸在裝配后也會(huì)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，所以需避免拆卸飛輪，安裝時(shí)需保證飛輪與曲軸相對(duì)位置不可再變[2]。

2 變矩器輸入結(jié)構(gòu)分析

變矩器輸入端結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般在變矩器泵輪輸入端沿圓周方向均布若干安裝孔用于連接發(fā)動(dòng)機(jī)，并傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力至變矩器泵輪。在中心位置設(shè)計(jì)為尺寸較小的支撐軸，用于與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端精確配合，起對(duì)心定位和支撐作用。如圖2左所示。

(1)飛輪 (2)安裝螺栓孔 (3)變矩器渦輪 (4)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 (5)變矩器支撐軸 (6)變矩器輸出軸 (7)變矩器泵輪

目前轎車用輕型液力變矩器一般安裝于液力自動(dòng)變速器（AT）和無(wú)級(jí)變速器（CVT）的輸入端。該種變矩器與變速器通過(guò)花鍵連接，在與發(fā)動(dòng)機(jī)連接時(shí)一般通過(guò)金屬盤或飛輪直接固定安裝，發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向竄動(dòng)可由變矩器前后滑動(dòng)吸收，如圖2右所示[3]。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸4與變矩器支撐軸5為止口配合，起支撐變矩器和對(duì)心作用；發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪1與變矩器泵輪7上的安裝孔2用螺栓固定為一體。變矩器與輸出軸6為花鍵配合，變矩器與飛輪固定為一體，軸向位置與飛輪和曲軸同步，軸向竄動(dòng)由花鍵滑動(dòng)抵消。

對(duì)于重型車及特種車，變矩器一般固定安裝于液力自動(dòng)變速器輸入端或單獨(dú)安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上，此時(shí)不僅需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸向竄動(dòng)對(duì)變矩器的影響，還需考慮由于裝配和零部件公差引起的變矩器軸向安裝尺寸差異對(duì)連接部分的影響。下圖所示為某型裝載機(jī)變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)連接示意圖[2]。發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪1通過(guò)內(nèi)花鍵與花鍵連接盤2嚙合，花鍵連接盤2固定于變矩器泵輪4上，動(dòng)力由輸出軸3輸出至后傳動(dòng)部分。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸向竄動(dòng)和變矩器軸向尺寸誤差由花鍵連接盤3吸收。

(1)飛輪 (2)花鍵連接盤 (3)變矩器輸出軸 (4)變矩器泵輪

3 柔性連接方案結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

上述兩種安裝方式，第一種變矩器直接安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪僅用于輕型轎車，并且變矩器與變速器必須為花鍵結(jié)構(gòu)。第二種雖然可以應(yīng)用于重型發(fā)動(dòng)機(jī)，但飛輪改動(dòng)較大，變矩器無(wú)對(duì)心支撐，僅能抵消曲軸飛輪組件的前后竄動(dòng)，在實(shí)際工作時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，輸出扭矩波動(dòng)較大，花鍵連接處振動(dòng)沖擊較大，同時(shí)也會(huì)損傷變矩器。實(shí)際應(yīng)用時(shí)故障率較高。

針對(duì)重型發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性，需要一種能夠抵消發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪曲軸組件軸向竄動(dòng)，同時(shí)又能減少發(fā)動(dòng)機(jī)輸出振動(dòng)并且能有效支撐變矩器保證變矩器平穩(wěn)工作的連接方式。根據(jù)此要求，本文提出一種柔性連接方式，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

(1)飛輪殼 (2)飛輪 (3)柔性盤安裝螺栓 (4)柔性盤大墊片 (5)變矩器 (6)變矩器連接環(huán) (7)柔性盤 (8)柔性盤小墊片 (9)飛輪連接環(huán)

圖4中，飛輪連接環(huán)9固定于飛輪上，四片柔性盤7通過(guò)柔性盤小墊片8將內(nèi)圈固定于飛輪連接環(huán)9上，外圈通過(guò)柔性盤大墊片4與變矩器連接環(huán)6通過(guò)柔性盤安裝螺栓4固定于變矩器5上。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力主要通過(guò)柔性盤傳遞至變速器變矩器輸入端。柔性盤為薄片結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸及飛輪的軸向竄動(dòng)由柔性盤內(nèi)外圈之間的軸向變形來(lái)抵消，同時(shí)柔性盤也可以吸收一部分來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，防止對(duì)變矩器產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)沖擊。同時(shí)變矩器軸向尺寸公差也可以由柔性盤吸收。飛輪連接環(huán)與飛輪和變矩器支撐軸均設(shè)計(jì)為止口配合，對(duì)變矩器起支撐和徑向?qū)π亩ㄎ蛔饔谩４诉B接方式可實(shí)現(xiàn)重型發(fā)動(dòng)機(jī)和液力自動(dòng)變速器或變矩器的柔性連接，抵消曲軸飛輪組件的軸向竄動(dòng)，抵消變矩器軸向尺寸公差，同時(shí)有效支撐變矩器并減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出振動(dòng)保證變矩器平穩(wěn)可靠工作。

該結(jié)構(gòu)中，柔性盤為主傳動(dòng)件，柔性盤一般選用強(qiáng)度韌性較好的材質(zhì)，設(shè)計(jì)為厚度0.5-1mm左右的薄片。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩和功率的不同將不同數(shù)量厚度的柔性盤疊加使用，以平衡傳動(dòng)能力和柔性變形的要求。由于柔性盤為薄片結(jié)構(gòu)，與柔性盤接觸的零件表面需有較高的平面度和粗糙度要求，接觸邊沿需倒圓角以防止在傳動(dòng)過(guò)程中柔性盤被割傷。為保證變矩器可靠定位及支撐，在設(shè)計(jì)飛輪連接環(huán)時(shí)需保證飛輪連接環(huán)與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪之間，與變矩器支撐軸之間都應(yīng)具有較高精度的止口配合，實(shí)現(xiàn)飛輪與變矩器的穩(wěn)定支撐。該結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)柔性盤安裝螺栓需要從外部安裝，飛輪及飛輪殼需要根據(jù)螺栓的大小加工安裝工藝孔，如圖4中C處所示，安裝時(shí)盤動(dòng)曲軸依次擰緊柔性盤安裝螺栓即可。

綜上所述，該結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改制要求較小，連接件加工難度較低，成本低，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異，成本低廉的特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)際使用檢驗(yàn)，該連接方式傳動(dòng)能力高，安全可靠，故障率低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要分析了重型發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和匹配要求，使用組合式薄片結(jié)構(gòu)零件，通過(guò)零部件的柔性變形來(lái)抵消軸向竄動(dòng)和制造誤差，以實(shí)現(xiàn)可靠傳動(dòng)的功能。該結(jié)構(gòu)不僅可應(yīng)用于特種車及工程機(jī)械等車用動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，同時(shí)也可應(yīng)用于其他具有類似傳動(dòng)要求的領(lǐng)域。

[1]譚影艦.淺談發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸向間隙及止推結(jié)構(gòu)[J].河北農(nóng)機(jī),2004 (4):17-17.

[2]陳新軒等著.現(xiàn)代工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)與底盤技術(shù).北京:人民交通出版社,2002年.

[3] 張?zhí)X等編著.汽車自動(dòng)變速器原理與檢修[M].廣州廣東科技出版社,1999.

Brief Analysis on the design of the flexible output connecting device of heavy duty engine

Zhao Huiqiang, Wang Le

（Xi'an FC intelligence transmission co., LTD., Shaanxi Xi'an 710119）

Analyzed the structural of heavy duty engine and torque converter, proposed a flexible connection scheme for heavy duty engine and torque converter. This connection scheme also can be applied to other similar transmission devices.

Hydraulic automatic transmission; Engine; Flexible connection

U464

A

1671-7988(2019)131-129-03

U464

A

1671-7988(2019)13-129-03

趙會(huì)強(qiáng)，就職于西安雙特智能傳動(dòng)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.043