驅(qū)動盤分總成及前后墊片設(shè)計（續(xù) 1）

張義

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

驅(qū)動盤分總成是汽車動力總成中動力傳動的重要部件。驅(qū)動盤分總成主要功用為：發(fā)動機啟動，連接發(fā)動機曲軸與變速器液力變矩器并且傳遞動力。此驅(qū)動盤分總成由驅(qū)動盤和飛輪齒圈兩部分構(gòu)成。驅(qū)動盤前后墊片是驅(qū)動盤分總成的輔助零部件，主要起到保護驅(qū)動盤分總成結(jié)構(gòu)和提高壽命的作用。驅(qū)動盤分總成以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計多為平板式，適用于曲軸后端面和液力變矩器前端面距離較小的情況，不能滿足非同時開發(fā)的動力總成需求。為了達到發(fā)動機與變速器動力連接的目的，本設(shè)計是在現(xiàn)有驅(qū)動盤結(jié)構(gòu)形式上的拓展，更好地優(yōu)化了驅(qū)動盤結(jié)構(gòu)，在滿足設(shè)計要求的前提下加大了驅(qū)動盤的軸向距離，使其能夠滿足多種發(fā)動機與變速器的匹配要求。

1 設(shè)計要求

1）滿足發(fā)動機正常啟動；2）滿足發(fā)動機曲軸輸出端與變速器液力變矩器輸入端連接；3）確保結(jié)構(gòu)強度及剛度滿足傳遞動力要求；4）驅(qū)動盤前后墊片滿足保護驅(qū)動盤結(jié)構(gòu)的要求。

2 輸入條件

1）發(fā)動機最大功率103 kW，最大扭矩173 N·m，曲軸軸頭及機體后端面參數(shù)，曲軸位置傳感器布置于曲軸前端；2）啟動機小齒輪參數(shù)，啟動機位置處于發(fā)動機側(cè)；3）變速器液力變矩器及殼體參數(shù)；4）飛輪螺栓為M10×1.25；5）變矩器螺栓為 M10×1.25。

3 零部件所處位置及裝配過程

3.1 驅(qū)動盤分總成安裝位置

驅(qū)動盤分總成安裝在曲軸后端面和自動變速器液力變矩器前端面之間，如圖1所示。

圖1 驅(qū)動盤分總成安裝位置示意圖

3.2 裝配方法及過程

1）將驅(qū)動盤前墊片、驅(qū)動盤分總成、驅(qū)動盤后墊片及飛輪螺栓依次裝配到曲軸軸頭，需要注意驅(qū)動盤前墊片翻邊朝向發(fā)動機前端；2）連接發(fā)動機總成與自動變速箱殼體；3）在發(fā)動機側(cè)的開口處擰緊驅(qū)動盤與變矩器的連接螺栓。

4 驅(qū)動盤分總成結(jié)構(gòu)設(shè)計[1]

4.1 前期分析

本次設(shè)計的驅(qū)動盤分總成包括驅(qū)動盤和飛輪齒圈，通過焊接形式連接。驅(qū)動盤分總成要在滿足邊界條件的情況下通過螺栓連接曲軸與液力變矩器，即結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計合理，空間不能有干涉情況。飛輪齒圈與啟動機小齒輪同步開發(fā)，保證啟動機齒輪與飛輪齒圈嚙合正常，同時注意啟動機位于發(fā)動機側(cè)，飛輪齒圈需要在發(fā)動機側(cè)增加倒角，以便于齒輪嚙合。

驅(qū)動盤分總成需要達到足夠的結(jié)構(gòu)強度以保證在運動過程中結(jié)構(gòu)不被破壞。結(jié)構(gòu)剛度要合理，過大的剛度會導致曲軸輸出扭矩對液力變矩器造成較大的沖擊載荷，因此降低壽命，過小的剛度會導致驅(qū)動盤分總成容易變形。所以設(shè)計驅(qū)動盤分總成的方向為較大的結(jié)構(gòu)強度，合理的結(jié)構(gòu)剛度。

根據(jù)上述分析，明確設(shè)計步驟，即首先設(shè)計出大致的結(jié)構(gòu)尺寸，然后進行結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化，最終確定驅(qū)動盤分總成全部結(jié)構(gòu)尺寸。

4.2 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)啟動機在機體上的布置位置和啟動機小齒輪參數(shù)可以確定飛輪齒圈齒形參數(shù)，再根據(jù)曲軸和啟動機中心距可以明確飛輪齒圈的齒頂圓直徑公稱尺寸為275.2 mm，齒根圓直徑公稱尺寸為265.42 mm。文章主要對驅(qū)動盤分總成結(jié)構(gòu)進行設(shè)計說明，故飛輪齒圈齒形設(shè)計不作贅述。

首先在驅(qū)動盤分總成徑向方面，根據(jù)輸入條件中的曲軸參數(shù)，可以確定驅(qū)動盤中心孔尺寸，曲軸飛輪螺栓孔數(shù)量和位置。根據(jù)液力變矩器參數(shù)，可以確定變矩器螺栓孔數(shù)量和位置。根據(jù)飛輪螺栓和變矩器螺栓參數(shù)可以確定各個螺栓孔的尺寸，如圖2所示。再根據(jù)飛輪齒圈齒根圓直徑和變矩器螺栓孔位置確定飛輪齒圈的內(nèi)徑和驅(qū)動盤的外徑，如圖3所示。

圖2 驅(qū)動盤中心孔和螺栓孔位置及尺寸

圖3 驅(qū)動盤外徑尺寸示意圖

考慮到變矩器螺栓孔在徑向需要預留出螺栓法蘭面的空間和經(jīng)驗設(shè)計中飛輪齒圈的徑向厚度，最終確定飛輪齒圈內(nèi)直徑和驅(qū)動盤外直徑的公稱尺寸為254 mm。

飛輪齒圈齒形確定，內(nèi)徑尺寸確定，厚度采用經(jīng)驗設(shè)計尺寸10 mm，齒頂兩側(cè)進行1 mm倒直角，齒形在發(fā)動機側(cè)進行1 mm倒直角便于啟動嚙合，如圖4所示。與驅(qū)動盤采用焊接形式進行連接，焊接部位處于變速器側(cè)，在飛輪齒圈內(nèi)徑處進行2 mm倒直角，有利于提高焊接性能，如圖5所示。以上飛輪齒圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本完成，各個尺寸和公差后續(xù)一并校核。

圖4 飛輪齒圈嚙合倒角示意圖

圖5 飛輪齒圈內(nèi)徑倒角示意圖

驅(qū)動盤軸向尺寸由變速器殼體、液力變矩器、機體及曲軸4個零部件決定，位置關(guān)系示意圖，如圖6所示。發(fā)動機機體與變速器殼體連接，曲軸端面到變矩器端面即為驅(qū)動盤所需要的軸向尺寸，同時飛輪齒圈在驅(qū)動盤上的焊接位置根據(jù)啟動機參數(shù)確定。

圖6 驅(qū)動盤及相關(guān)零部件位置關(guān)系示意圖

根據(jù)輸入條件，驅(qū)動盤曲軸側(cè)安裝面到變矩器側(cè)安裝面的軸向公稱尺寸為26.25 mm，此驅(qū)動盤軸向尺寸已經(jīng)把驅(qū)動盤前后墊片考慮在內(nèi)，墊片設(shè)計詳見下文。飛輪齒圈啟動嚙合側(cè)端面到驅(qū)動盤曲軸側(cè)安裝面公稱尺寸為0.5 mm，由此可以確定飛輪齒圈在驅(qū)動盤上的焊接位置。

以上徑向和軸向尺寸是根據(jù)輸入條件而定，不能改變。后續(xù)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計需以此為基礎(chǔ)。

由于驅(qū)動盤軸向尺寸較大，故其結(jié)構(gòu)不能類似普通平板式驅(qū)動盤，需要由臺階結(jié)構(gòu)來滿足軸向尺寸的要求。驅(qū)動盤外徑處需要焊接飛輪齒圈，故結(jié)構(gòu)需要在外側(cè)進行翻邊，驅(qū)動盤結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示。

圖7 驅(qū)動盤結(jié)構(gòu)示意圖

臺階結(jié)構(gòu)是驅(qū)動盤初步結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，滿足了軸向空間連接尺寸、徑向螺栓孔連接位置及飛輪齒圈焊接位置的要求。

4.3 初步校核結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)發(fā)動機功率扭矩參數(shù)、設(shè)計經(jīng)驗及同類型產(chǎn)品對標，驅(qū)動盤擬定使用2.5 mm厚鋼板，材料為QStE460TM，材料標準為Q/BQB 310—2009《汽車結(jié)構(gòu)用熱連扎鋼板及鋼帶》[2]。飛輪齒圈設(shè)計較為成熟，與其他量產(chǎn)飛輪齒圈結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有本質(zhì)區(qū)別，故參考以往設(shè)計材料確定為45#鋼，材料標準為GB 699—1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》[3]。

首先校核曲軸螺栓孔和變矩器螺栓孔，飛輪螺栓法蘭面直徑19 mm，與驅(qū)動盤接觸面積良好裝配時無風險。變矩器螺栓法蘭面直徑20 mm，在裝配時螺栓法蘭面會與驅(qū)動盤翻邊倒角產(chǎn)生干涉，如圖8所示。

圖8 螺栓法蘭面與驅(qū)動盤翻邊倒角干涉位置示意圖

變矩器螺栓法蘭面如果減小會影響受力面積，驅(qū)動盤結(jié)構(gòu)翻邊位置不能改變。故對驅(qū)動盤局部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，采取避讓結(jié)構(gòu)來消除干涉，如圖9所示，6處變矩器螺栓孔均布此結(jié)構(gòu)。避讓后干涉消除。

圖9 驅(qū)動盤避讓結(jié)構(gòu)示意圖

同時避讓結(jié)構(gòu)需要注意結(jié)構(gòu)強度和加工工藝，在合理的位置倒圓角以降低應(yīng)力（圖10黑色正圓處），變矩器孔外側(cè)結(jié)構(gòu)尺寸（圖10黑色橢圓處）直徑253 mm，小于驅(qū)動盤外徑254 mm，如圖10所示。

圖10 驅(qū)動盤避讓結(jié)構(gòu)重點部位

至此，驅(qū)動盤分總成結(jié)構(gòu)設(shè)計大致完成，如圖11所示，結(jié)構(gòu)布置無干涉情況發(fā)生。

圖11 驅(qū)動盤初步結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

（待續(xù)）