论文分类号U463.2单位代码10183
密级限定研究生学号2002422086
吉林大学
硕士学位论文
汽车动力传动系双质量飞轮式扭振减振器的
结构设计与动力学特性研究
The Structural Design and the Study on Dynamic Characteristics of Dual Mass Flywheel of Vehicle Powertrain
作者姓名：王砚红
专业：车辆工程
导师姓名
及职称：史文库教授
学位类别：工学硕士
论文起止年月：2003年10月至2005年5月
吉林大学硕士学位论文原创性声明
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日期：年月日
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研究生院：
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论文级别：硕士
学科专业：车辆工程
论文题目：汽车动力传动系双质量飞轮式扭振减振器的
结构设计与动力学特性研究
作者签名：指导教师签名：
年月日
作者联系地址（邮编）：
作者联系电话：
提要
提要
随着近年来各大整车及其配件厂商的涌入，国内汽车市场越来越火爆，产
品也越来越丰富，竞争也越来越激烈。这极大地促进了我国汽车市场的发展。
在这一背景下，国内的零配件生产商也纷纷开始在生产和技术上谋求突破，积
极开发新项目，以期在市场竞争中占有一席之地。双质量飞轮式扭振减振器就
是其中新项目之一。
本文收集和整理了国内外有关双质量飞轮式扭振减振器的材料，学习和总
结了双质量飞轮式扭振减振器的设计方法，并考察了它的各种结构，然后在此
基础上设计了两种典型结构的双质量飞轮式扭振减振器，并在PRO/E中建
立了它们的三维实体模型。
在此基础之上，又在动力学分析软件ADAMS中建立了双质量飞轮式扭振减振器的动力学分析模型。然后，对所建模型进行了运动学和动力学仿真，研究了它的运动学和动力学特性，并对它进行了优化设计。
最后，对某一车型的双质量飞轮进行了实验，通过实验，绘制了它的扭矩—转角曲线，了解了它的刚度特性。
关键词：双质量飞轮扭振减振器ADAMS
动力学仿真结构设计
目录
录第一章绪论1
1.1 双质量飞轮的产生和发展 (1)
1.2 双质量飞轮的分类及典型结构 (2)
1.2.1 (2)
1.2.2 (3)
1.3 双质量飞轮扭振减振器工作原理及性能分析 (8)
1.3.1 (8)
1.3.2 (9)
1.3.3.......................................................................................1 0
1.3.4.......................................................................................1 3
1.4 论文选题的意义及内容 (14)
1.4.1...............................................................................1 4
1.4.
2...............................................................................1 9
第二章本文所用软件介绍 (20)
2.1 关于Pro/E (20)
2.1.1..................................................................................Pro/E的诞生20
2.1.2..................................................................................Pro/E的发展21
2.1.
3......................................................................................Pro/E特点21
2.1.4..............................................................................Pro/E模块简介22 2.2 关于ADAMS . (29)
2.2.1.................................................................ADAMS的诞生与发展30
2.2.2.............................................................................ADAMS的特点30
2.2.
3.............................................................................ADAMS的模块31
2.2.4.....................................................................ADAMS的功能简介36
I
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第三章双质量飞轮的结构设计与建模 (40)
3.1 振动分析 (40)
3.2 双质量飞轮性能参数的选取原则 (42)
3.2.1 双质量飞轮的质量参数选取原则 (42)
3.2.2 双质量飞轮的减振器性能参数选取原则 (44)
3.3 双质量飞轮结构设计 (48)
3.3.1 结构设计一：长曲线螺旋弹簧式双质量飞轮 (48)
3.3.2 结构设计二：短轻直弹簧式双质量飞轮 (53)
3.3 建模 (55)
第四章双质量飞轮的仿真分析 (57)
4.1 输入输出比较 (57)
4.2 各种参数对输出的影响 (59)
4.2.1 质量对输出的影响 (60)
4.2.2 刚度对输出的影响 (64)
4.2.2 摩擦力矩对输出的影响 (66)
4.3 DMF 的优化设计 (68)
第五章双质量飞轮的试验研究 (72)
第六章全文总结 (77)
参考文献 (79)
摘
要...................................................................................................................I
III ABSTRACT...........................................................................................................
致
谢..................................................................................................................V II
第一章绪论
第一章绪论
1.1 双质量飞轮的产生和发展
双质量飞轮式扭振减振器[1][2][3]简称双质量飞轮，是上世纪八十年代中期
出现并发展起来的一项汽车技术。由于其优点多，实用性能好，所以国外一些
技术较先进的厂家均拥有自己开发的双质量飞轮，并成功地应用于多种车型。
据JASE资料介绍，双质量飞轮首次出现是在1984年，它被装在日本丰田汽车公司（TOYOTA）的“MARKⅡ”汽车上。虽然该车基本上采用了离合
器从动盘式扭振减振器的形式，但这是汽车动力传动系双质量飞轮式扭振减振
器发展史上的一个转折点。
1985 年，德国宝马公司（BMW）首次将双质量飞轮作为产品装备车辆，车型为BMW324D，当时该车被称为“World’s Quietest Diesel(全世界最完美的
柴油机)”。随后，宝马公司相继在BMW524TD、BMW525、BMW528E车上
装备了双质量飞轮，大大降低了这些汽车动力传动系的扭振和扭振噪声。
与此同时，世界上其他国家，如法国、英国、美国、等汽车生产大国，都
进行了双质量飞轮产品的研制和开发，其中尤其以德国和法国的成果最为显著。到上世纪90年代初双质量飞轮产品已基本趋于成熟，在此期间出现了大
量的专利产品，并且在SAE上出现了研究双质量飞轮的论文；与此同时双质量飞轮产品也由原来简单的机械干摩擦式发展到液力阻尼式机液一体化的现代化产品，产品应用范围也由用于柴油车发展到用于汽油车、大客车、中低档
轿车上。目前，欧洲汽车开始广泛使用这种新型扭振减振器，而传统从动盘式
扭振减振器正逐渐退出历史舞台。
在我国，汽车工业起步较晚，起点较低，长期以来靠引进国外技术生产汽车。自八十年代起，我国的汽车工业进行了大规模的技术改造，各主要汽车生
产厂家和零部件生产厂家都先后引进了一些先进的设备和技术资料，整体技术
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水平有了长足的进步，不少厂家已经吸收、消化了从动盘式扭振减振器的生产和设计技术。但对于双质量飞轮国内尽管有一些汽车公司和大学开展了研究，也生产出了样件，但还没有投入生产。国内一些装备有双质量飞轮的中高档轿车（如Audi A6等），使用的都是进口产品。
1.2 双质量飞轮的分类及典型结构
1.2.1 双质量飞轮的分类
作为对离合器从动盘式扭振减振器的继承和发展，双质量飞轮式扭振减振器的具体结构虽不尽相同，但都应由第一飞轮、第二飞轮和扭振减振器等三部分组成。第一质量与发动
机曲轴输出端法兰盘相联
接，第二质量通过一个轴
承（一般为深沟球轴承）
安装在第一质量上，第二
质量上又安装有离合器壳
等。第一第二质量之间通
过扭振减振器相联，工作
时它们之间有相对转动。
图 1.1离合器从动盘式扭振减振器与双质量飞轮式扭图1.1为离合器从动盘式振减振器结构比较示意图
扭振减振器与双质量飞轮(a) 离合器从动盘式扭振减振器
(b) 双质量飞轮式扭振减振器
式扭振减振器结构比较示
1. 第一飞轮
2. 减振器
3. 第二飞轮
意图[2][4]。
在十多年的发展过程中，双质量飞轮式扭振减振器出现了多种不同形式。人们从不同的角度出发，研究解决实际应用中的一些问题，提出了各自的解决法案，最终使双质量飞轮式扭振减振器的性能不断提高。
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第一章绪论
图 1.2双质量飞轮的分类
就采用的弹性元件而言，有螺旋弹簧式和橡胶弹簧式；而螺旋弹簧式又可根据弹簧的布置可分为径向弹簧式和周向弹簧式，其中周向弹簧式又有长曲线弹簧式和短轻弹簧式；就所采用的摩擦阻尼类型而言，有干摩擦阻尼式、粘性摩擦阻尼式和空气阻尼式；就所采用的轴承来分，有滚动轴承式、滑动轴承式和推力轴承式。经过人们这些年的研究，双
质量飞轮的结构形式得到了很大发展，与各
种其它结构综合使用的形式也相继出现。
1.2.2 双质量飞轮的典型结构
双质量飞轮的结构种类繁多，下面简要
介绍几种。
一.采用长曲线螺旋弹簧的双质量飞轮
图1.3长曲线螺旋弹簧如图 1.3所示[5]，这种减振器在飞轮第一双质量飞轮
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质量和减振器之间形成一个封闭的隔腔。在隔腔内布置弹簧，同时在隔墙内充
满油脂。由于油脂在对运动起阻尼作用的同时也润滑弹簧，此时，弹簧磨损成
为次要问题，因而可加长弹簧长度，增加其有效压缩量，进而使飞轮两质量间 可有较大的相对扭转角（一般可达 20～30
o ，最高可达 45o ）。由于其扭转刚度小， 共振频率低，因而控制扭振和噪声的能力 增强，是一种具有代表性的双质量飞轮。
其主要缺点是密封困难，同时阻尼力大小 不易控制，加工精度要求高。这种双质量 飞轮式目前世界上最具有代表性的双质
量飞轮。 二. 采用短轻直弹簧的双质量飞轮 由于在双质量飞轮式扭振减振器中
减振弹簧分布半径较大，所受离心力大，
同时在与传统离合器从动盘式扭振减振
器减振弹簧分布角相同的情况下，其弹簧
长度加长，此时弹簧径向易发生变形，导 致弹簧与窗口接触，从而加剧弹簧磨损。
为解决这个问题，选择轻的弹簧，使离心 力减小，同时又因其短，径向弯曲和周向 变形也小，因而较好地解决了弹簧的寿命
问题。为保证传递足够大的转矩，通常有 多组弹簧共同工作（见图 1.4[6]
）。这种双
质量飞轮式扭振减振器较多地沿用了传统 离合器从动盘式扭振减振器的概念。
在此基础上，人们做了很多改进，使
得其结构日趋完善。
图 1.4 短轻直弹簧双质量飞轮
图 1.5 带有怠速减振级的短轻弹簧 双质量飞轮
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第一章绪论
为使减振器在各种不同工况下均能很好
地工作，人们常将弹簧分组，各组弹簧刚度
不一样，起作用的时间不一样，从而获得良
好的非线性特性。带怠速减振级的减振器就
是将先起作用的一组弹簧刚度设计成很低，
专门用于减缓怠速时的噪声（见图 1.5）。按
其与摩擦阻尼元件的连接方式还可分串联式
图 1.6带行星齿轮结构的短轻
和并联式两种。前者的实际使用效果更好些，弹簧双质量飞轮
但结构复杂，设计和布置困难。为了更好地发挥减振性
能，人们还采用了行星齿轮结构，见图 1.6。[7]
为了更好地缓减弹簧的磨损，可将弹簧与窗口隔开，使两者根本不能发生滑磨，这样可使减振弹簧寿命大为提高，可靠性也得以提高。具体控制措施有：在弹簧的中间安装可滑动式弹性支持架；采用变螺距减振弹簧，并安装保持架，有些还加装小型动力吸振器，这样既减轻了振动和噪声，还可获得变刚度特性；设置长的弹簧支座，使其具有弹簧导杆的作用，借以限制弹簧的位置。
图 1.8RDMF 的特性曲线
采用短轻弹簧需要增加弹簧座和弹簧
滑套，这就增加了零件的数目，增大了制造
精度要求，提高了生产和装配复杂度。
三.径向双质量飞轮
径向双质量飞轮式扭振减振器[8][9][10]
图1.7径向双质量飞轮
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