驅動板的設計與開發(fā)

司林，曹權佐，潘圣臨，王劍鋒，閆立君

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

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驅動板的設計與開發(fā)

司林，曹權佐，潘圣臨，王劍鋒，閆立君

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

摘 要：根據某款自動檔車型傳動系統(tǒng)的特殊要求，闡述驅動板的匹配設計和校核驗證的基本方法。關鍵詞：驅動板

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.017

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-47-04

引言

隨著駕駛人對車輛的操控性、舒適性要求的提高，以及城市交通擁堵的不斷加劇，自動檔車型在國內越來越受到廣大車友的青睞。從汽車發(fā)展的歷程上看，美國和日本的自動檔車型一直維持在2/3以上，歐洲和中國內地的自動檔車型也一直呈上升趨勢。由于自動檔車型在操作便利性和駕駛舒適性方面的優(yōu)勢，其在未來取代手動檔，成為乘用車的標準配置也是可能的。

驅動板是連接發(fā)動機與變速器的重要零件，將發(fā)動機的扭矩直接傳遞給變速器。依靠自身的撓性變形抵消發(fā)動機曲軸、液力變矩器的軸向竄動，同時增加起動齒圈和信號齒圈結構，與起動機、曲軸位置傳感器共同作用，實現發(fā)動機的順利起動和平穩(wěn)運轉。

1、驅動板設計開發(fā)

1.1 驅動板簡介

驅動板位于發(fā)動機與變速器之間，一端剛性連接發(fā)動機曲軸輸出端，另一端剛性連接變速器的液力變矩器。

驅動板一般由連接盤、起動齒圈和信號齒圈搭配組成3種不同狀態(tài)，分別是：a不帶起動齒圈、不帶信號齒圈；b帶起動齒圈、不帶信號齒圈；c帶起動齒圈、帶信號齒全狀態(tài)（見圖1）。

圖1

連接盤：驅動板的主體元件，把發(fā)動機曲軸輸出端和變速器的液力變矩器連接起來，起到傳遞扭矩、吸收液力變矩器的軸向竄動變形量、支撐變矩器的作用。

信號齒圈：要求與曲軸位置傳感器（又叫轉速傳感器）的安裝位置相匹配。在發(fā)動機運行過程中，信號齒圈不停轉動，曲軸位置傳感器持續(xù)將信號齒圈的信號齒機械位置轉化成電位信號發(fā)送給ECU（電子控制單元），用來識別發(fā)動機各缸的實際位置，為火花塞點火及油軌噴油提供依據，同時檢測曲軸轉速。

起動齒圈：要求與起動機相匹配，在發(fā)動機起動時，起動機帶動起動齒圈轉動，使得發(fā)動機能正常起動。

1.2 匹配設計要點

1.2.1 連接盤匹配設計

針對大多家用乘用車，為保證連接盤工作穩(wěn)定性和可靠性，要求保證軸向和徑向均有良好的變形量。由于其工作狀態(tài)的特殊性，需根據匹配液力變矩器工作狀態(tài)，選擇合適的材料、厚度，保證連接盤有較好的屈服強度和抗拉強度。當前行業(yè)內常用的材料有SPCC、APFH60、B410LA和ZStE420t等。

匹配零件及重點關注項如下（安裝關系見圖2）：

對手件 　連接盤關注項1.確定連接孔規(guī)格曲軸2.確定安裝面平面度要求3. 定位孔公差1.確定連接孔規(guī)格2.確定導向孔直徑液力變矩器（結構見圖3）3.確定導向孔直徑公差4.確定塌角最大尺寸5.確定直段最小尺寸6.確定安裝面平行度要求7.確定安裝螺栓可操作性曲軸襯套 　2.確定安裝孔公差1.確定安裝孔規(guī)格周邊零件（隔板、缸體、曲軸后油封殼體總成、油底殼、變速器殼體等） 　2.確定最小有效距離1.確定安裝后無靜態(tài)、動態(tài)干涉

圖2

圖3

1.2.2 信號齒圈匹配設計

信號齒圈通過與曲軸位置傳感器（簡稱DG）作用，將曲軸的位置信號轉換成電壓脈沖信號輸出給ECU。ECU通過讀取缺齒位置確定1缸上止點時刻；通過讀取信號齒數量確定曲軸旋轉速度。信號齒圈匹配關系到ECU判缸的準確性，直接影響車輛的起動性能和平穩(wěn)運行。

1）信號窗設計。信號齒沿圓柱面均勻分布，信號齒數量由DG確定，較常見的為58（60-2）齒，即6°±0.1°一個齒。其中缺少的兩齒組成信號窗，俗稱“缺齒”，如圖4所示。

圖4

2）信號輪外形設計

根據DG匹配要求，設計信號輪物理尺寸。基本匹配項目如下：

表1

注：以上數據如有差異，則根據實際應用DG要求而定。

1.2.3 起動齒圈匹配設計

起動齒圈匹配直接關系到發(fā)動機的起動性能，材料多選用45#鋼或S48C。設計要點是齒形設計和位置確定。

1）齒形設計需要根據起動機起動齒要求而定，主要包括：齒形、齒數、壓力角、分度圓直徑、中心距等。

2）起動齒圈位置確定。根據不同型號起動機確定起動齒圈空間位置。起動齒圈與起動機的徑向和軸向位置直接影響發(fā)動機起動性能和起動機使用壽命。為保證齒輪嚙合可靠，通常齒輪嚙合比選擇1～1.2，側隙0.40～0.59mm左右。一般要求起動齒圈與連接盤裝配完成后保證軸向和徑向公差在±0.5mm以內。

2、驅動板CAE強度分析

隨著科技發(fā)展，CAE分析軟件在行業(yè)內廣泛應用。通過建模、模擬實際載荷，在制作樣件前對驅動板進行理論受力分析和強度分析。

2.1 傳遞扭矩受力分析

輸入5倍發(fā)動機最大扭矩 ，要求最大應力小于材料屈服強度80%。

圖5 傳扭1090Nm，應力云圖

2.2 軸向變形分析

輸入驅動板工作時的最大軸向變形，要求最大應力小于材料屈服強度80%。

圖6 軸向變形0.7mm，應力云圖

2.3 彎曲變形受力分析

輸入驅動板工作時最大彎曲角度，要求最大應力小于材料屈服強度80%。

圖7 彎曲變形0.5度，應力云圖

2.4 離心力分析

輸入1.5倍發(fā)動機最大轉速 、最大應力小于材料屈服強度。

圖9 9000RPM下，應力云圖

2.5 復合工況分析

驅動板極限工作條件下，最大應力小于材料屈服強度。

圖10 復合工況，應力云圖

3、驅動板試驗校核

驅動板為動力總成傳動系統(tǒng)的重要組成部分，為了確定驅動板為充分設計及制造的產品，可滿足動力總成的使用要求，需對其進行一系列試驗驗證。

3.1 旋轉彎曲疲勞試驗

為補償發(fā)動機與變速箱的不對中情況，會導致驅動板工作時產生扭曲變形，容易引起盤體疲勞斷裂，而絕大多數驅動板的失效是由于驅動板本身彎曲變形疲勞斷裂導致，當發(fā)動機和變速箱連接軸心有偏差時，需確認驅動板旋轉彎曲疲勞試驗條件下的壽命，本試驗用于驗證驅動板抗安裝偏差的能力，屬驅動板設計必須進行的單體試驗。

3.2 軸向疲勞試驗

驅動板工作時，因受到液力變矩器的軸向力沖擊，會產生往復變形，容易引起盤體疲勞斷裂，此試驗驗證驅動板軸向變形的疲勞壽命。雖驅動板軸向疲勞斷裂情況比較少見，但作為驅動板的主要受力形式，本試驗屬驅動板設計必須進行的單體試驗。

3.3 扭轉疲勞試驗

驅動板主要功能為傳遞發(fā)動機扭矩，此項試驗驗證沖擊扭矩對驅動板的疲勞壽命的影響，作為驅動板的主要受力形式，本試驗屬驅動板設計必須進行的單體試驗。

3.4 起動嚙合試驗

此項試驗模擬發(fā)動機起動過程，用于驗證起動齒圈的疲勞壽命及磨損情況。如起動齒圈已有成熟應用實際，則不需要進行此項試驗；如起動齒圈為全新開發(fā)狀態(tài)，則需進行此項試驗。

3.5 齒圈彎曲疲勞試驗

此項試驗模擬發(fā)動機起動過程，用于驗證起動齒圈單個齒的彎曲疲勞強度。如起動齒圈已有成熟應用實績，則不需要進行此項試驗；如起動齒圈為全新開發(fā)狀態(tài)，則需進行此項試驗。

3.6 超速試驗

此項試驗是由鑄鐵飛輪試驗衍生而來，因鑄鐵飛輪為脆性材料，離心力超出材料許用應力容易產生破裂，造成傷害。驅動盤總成的齒圈及盤體均為塑性材料，因超速導致失效情況較為少見，但從降低設計風險角度考慮，本試驗屬驅動板設計必須進行的單體試驗。

3.7 壓載試驗

此項試驗用于驗證齒圈焊接在驅動盤上是否牢固可靠，本試驗屬焊接起動齒圈的驅動板設計時必須進行的單體試驗。

3.8 驅動板臺架驗證專項試驗

此項試驗為裝配完畢的動力總成在驅動板受最大剪切力的情況下進行驅動板的臺架可靠性驗證，考核驅動板的結構強度狀態(tài)，本試驗屬驅動板設計必須進行的單體試驗。

3.9 試驗判定標準

試驗后探傷，如驅動板無塑性變形、板身無裂紋產生，則判定為合格。

4、結論

①本研究闡述了發(fā)動機驅動板開發(fā)的流程與方法，為驅動板設計提供理論依據，保證了驅動板開發(fā)的實用性和有效性。

②通過本研究開發(fā)的驅動板性能穩(wěn)定、可靠，已在東安汽發(fā)多個機型上批量應用，市場表現良好。

③本研究的成功應用，對東安汽發(fā)其它新平臺機型的開發(fā)也將具有借鑒意義。

參考文獻

[1] 徐謹.汽車原理與構造[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2007.

[2] 郭新華.汽車構造[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3] 朱興元,劉憶.金屬學與熱處理[M].北京:中國林業(yè)出版社,2006.

Design and development of drive plate

Si Lin, Cao Quanzuo, Pan Shenglin, Wang Jianfeng, Yan Lijun
（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

Abstract:According to a special requirement of automatic transmission model for vehicle, describe the basic methods of design and test of the drive plate.

Keywords:drive plate

作者簡介：司林，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術中心。

中圖分類號：U463.8

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-47-04