重型發動機柔性輸出連接裝置設計淺析

趙會強，王樂

重型發動機柔性輸出連接裝置設計淺析

趙會強，王樂

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

文章分析了重型發動機和變矩器的結構特點，提出了一種用于連接重型發動機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裝置中。

液力自動變速器；發動機；柔性連接

引言

隨著國內汽車工業的發展，重型發動機逐步向大排量，大扭矩方向發展，對于傳統離合器加手動變速器式傳動結構提出了更高的要求，尤其在特種車及工程機械領域，對于整車的起步穩定性、可靠性、舒適性提出了更為嚴苛的要求，帶變矩器式液力自動變速器及液力變矩器加手動變速器式傳動系統以其優異的起步穩定性，可靠性在許多特殊領域使用越來越多。本文旨在通過分析發動機和帶變矩器式液力自動變速器的結構特點，提出一種柔性設計的連接方案，為此類傳動系統的連接設計提供一定的幫助和參考。

1 發動機輸出形式和結構分析

目前市場上主流的發動機動力輸出結構為帶啟動齒圈式飛輪及飛輪殼結構。飛輪安裝于發動機曲軸上，啟動齒圈安裝于飛輪上。部分發動機也會將發動機正時系統、啟動機、轉向泵、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)機體

圖1所示為一般六缸四沖程柴油發動機動力輸出結構簡圖。飛輪殼與機體固定安裝為一體。飛輪與曲軸為旋轉件安裝為一體，輸出發動機動力至傳動機構。

發動機工作時，曲軸會受熱膨脹，伸長后會發生軸向移動，若曲軸驅動的正時齒輪為斜齒，在工作中也會產生軸向推力，使得發動機在工作中曲軸產生軸向移動[1]。曲軸軸向間隙的大小與曲軸尺寸，曲軸止推系統結構設計相關。一般柴油機曲軸軸向間隙在0.15-0.34mm之間，隨著使用時間的加長間隙會逐步增大，對于某些重型柴油發動機，曲軸軸向間隙最大可能到0.6-1mm左右。

發動機飛輪的功用為儲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荷，是發動機輸出動力的主要部件。一般飛輪上會集成安裝起動齒圈，用于起動發動機。某些發動機飛輪外圓上還刻有上止點，供油始點等記號，以便檢查調整供油、點火及氣門正時。同時飛輪與曲軸在裝配后也會進行動平衡試驗，所以需避免拆卸飛輪，安裝時需保證飛輪與曲軸相對位置不可再變[2]。

2 變矩器輸入結構分析

變矩器輸入端結構比較簡單，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動機，并傳遞發動機輸出動力至變矩器泵輪。在中心位置設計為尺寸較小的支撐軸，用于與發動機輸出端精確配合，起對心定位和支撐作用。如圖2左所示。

(1)飛輪 (2)安裝螺栓孔 (3)變矩器渦輪 (4)發動機曲軸 (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變速器（AT）和無級變速器（CVT）的輸入端。該種變矩器與變速器通過花鍵連接，在與發動機連接時一般通過金屬盤或飛輪直接固定安裝，發動機的軸向竄動可由變矩器前后滑動吸收，如圖2右所示[3]。發動機曲軸4與變矩器支撐軸5為止口配合，起支撐變矩器和對心作用；發動機飛輪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，軸向竄動由花鍵滑動抵消。

對于重型車及特種車，變矩器一般固定安裝于液力自動變速器輸入端或單獨安裝于發動機上，此時不僅需要考慮發動機曲軸軸向竄動對變矩器的影響，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連接部分的影響。下圖所示為某型裝載機變矩器與發動機連接示意圖[2]。發動機飛輪1通過內花鍵與花鍵連接盤2嚙合，花鍵連接盤2固定于變矩器泵輪4上，動力由輸出軸3輸出至后傳動部分。發動機曲軸軸向竄動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 柔性連接方案結構及特點

上述兩種安裝方式，第一種變矩器直接安裝于發動機飛輪僅用于輕型轎車，并且變矩器與變速器必須為花鍵結構。第二種雖然可以應用于重型發動機，但飛輪改動較大，變矩器無對心支撐，僅能抵消曲軸飛輪組件的前后竄動，在實際工作時，由于發動機轉速較高，輸出扭矩波動較大，花鍵連接處振動沖擊較大，同時也會損傷變矩器。實際應用時故障率較高。

針對重型發動機輸出特性，需要一種能夠抵消發動機飛輪曲軸組件軸向竄動，同時又能減少發動機輸出振動并且能有效支撐變矩器保證變矩器平穩工作的連接方式。根據此要求，本文提出一種柔性連接方式，具體結構如下圖所示：

(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 (7)柔性盤 (8)柔性盤小墊片 (9)飛輪連接環

圖4中，飛輪連接環9固定于飛輪上，四片柔性盤7通過柔性盤小墊片8將內圈固定于飛輪連接環9上，外圈通過柔性盤大墊片4與變矩器連接環6通過柔性盤安裝螺栓4固定于變矩器5上。發動機輸出動力主要通過柔性盤傳遞至變速器變矩器輸入端。柔性盤為薄片結構，發動機曲軸及飛輪的軸向竄動由柔性盤內外圈之間的軸向變形來抵消，同時柔性盤也可以吸收一部分來自發動機的振動，防止對變矩器產生過大的振動沖擊。同時變矩器軸向尺寸公差也可以由柔性盤吸收。飛輪連接環與飛輪和變矩器支撐軸均設計為止口配合，對變矩器起支撐和徑向對心定位作用。此連接方式可實現重型發動機和液力自動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，抵消變矩器軸向尺寸公差，同時有效支撐變矩器并減小發動機輸出振動保證變矩器平穩可靠工作。

該結構中，柔性盤為主傳動件，柔性盤一般選用強度韌性較好的材質，設計為厚度0.5-1mm左右的薄片。根據發動機輸出扭矩和功率的不同將不同數量厚度的柔性盤疊加使用，以平衡傳動能力和柔性變形的要求。由于柔性盤為薄片結構，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過程中柔性盤被割傷。為保證變矩器可靠定位及支撐，在設計飛輪連接環時需保證飛輪連接環與發動機飛輪之間，與變矩器支撐軸之間都應具有較高精度的止口配合，實現飛輪與變矩器的穩定支撐。該結構在安裝時柔性盤安裝螺栓需要從外部安裝，飛輪及飛輪殼需要根據螺栓的大小加工安裝工藝孔，如圖4中C處所示，安裝時盤動曲軸依次擰緊柔性盤安裝螺栓即可。

綜上所述，該結構對發動機改制要求較小，連接件加工難度較低，成本低，具有結構簡單，性能優異，成本低廉的特點。經實際使用檢驗，該連接方式傳動能力高，安全可靠，故障率低。

4 結語

本文簡要分析了重型發動機和液力變矩器的結構特點，根據其結構特點和匹配要求，使用組合式薄片結構零件，通過零部件的柔性變形來抵消軸向竄動和制造誤差，以實現可靠傳動的功能。該結構不僅可應用于特種車及工程機械等車用動力系統領域，同時也可應用于其他具有類似傳動要求的領域。

[1]譚影艦.淺談發動機曲軸軸向間隙及止推結構[J].河北農機,2004 (4):17-17.

[2]陳新軒等著.現代工程機械發動機與底盤技術.北京:人民交通出版社,2002年.

[3] 張泰嶺等編著.汽車自動變速器原理與檢修[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

趙會強，就職于西安雙特智能傳動有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.043