保定汽车车辆工程技术
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车辆技术
0 概述
1 汽车飞轮的功能
汽车飞轮设计和工艺实现
樊世玉
（长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000）
摘 要：飞轮是汽车发动机的关键安全件，其功能是调节发动机曲轴转速变化，其稳定转速的作用。本文主要从汽车飞轮的功能、设计、工艺实现等方面进行总结和阐述。关键词：
汽车；飞轮；设计；工艺
图1 汽车飞轮是发动机曲轴后端的一个较大的盘状部件，具有较大的转动惯量，安装在离合器上，把发动机和汽车传动系连接起来，通过与起动机结合的齿圈起动发动机，可以将发动机做功行程的部分能量储
存起来，以克服其
它行程的阻力，使轴均匀旋转。汽车飞轮与发动机曲轴相连接的示意图如图1所示。
2 汽车飞轮设计
2.1 基本参数要求
（1）根据整车发动机对飞轮的基本要求，包括使用机型、飞轮因负荷变化而需稳定地转速的基本参数，如：质量、传动惯量、所需承受的最大转速，动力输出和离合器安装定位的要求，安装起动机和
齿圈的要求等。（2）飞轮是高速运转的运动件，其主要的离心应力作用于飞轮安装孔剖面，飞轮离合器销控剖面轮缘越短，螺栓孔剖面轮缘就越宽，离心力影响的危险剖面是螺栓孔泡面，其离心力可根据理论公式计算得出。（3）最大全负荷转速。飞轮所能承受的最大转速是由整车发动机配套使用而确定，飞轮极限的最大全负荷转速是根据轮缘处产生的最大拉伸热效应力、材料许用应力相关联，设计时需综合考量后再确定。2.2 结构设计及优化
（1）根据使用要求确定飞轮轮缘尺寸、腹板及轮辐过度连接区结构、尺寸及厚度，轮毂连接定位结构及尺寸等。
（2）在汽车飞轮机构设计结构优化过程中，一般使用有限元结构分析。参数化建模是使用重要几何参数快速结构和修改模型的造型方法，若几何模型中所有尺寸是参数化的就可以动态修改参数，随后动态得到有限元分析结果。1）汽车飞轮除了有足够的转动惯量，应使飞轮在满足设计要求的前提下尽可能的小，从而减轻发动机的整体质量，这就需要有限元分析软件ANSYS 对于发动机进行参数化建模动态分析飞轮的应力和位移场所，对飞轮主要尺寸参照同类型发动机的性能实现参数优化。2）在是使用有限元建模时，可省略一些诸如小倒角和孔的细节，实现模型简化和多方案的对比验证，以便从中确定最佳设计方案。3）基于有限元法的参数化建模可以快速动态修改模型动态得到各种分析结果，并可以进行优化分析，利用数化建模可以大大地提高效率、缩短设计周期，降低制造成本。2.3 材料选型
抗拉强度与飞轮的材料选择本身有关，飞轮材料一般选用铸铁：HT200 HT250；球铁：QT450-10、QT600-3、QT500-7等，也有用45号钢制作的飞轮。2.4 联接螺栓选型
一般飞轮安装使用螺栓联接的方式，合理选择飞轮安装螺栓的规格和等级，以便飞轮各部件的安装质量，一般螺栓采用10.9级或更高的螺栓。
3 汽车飞轮工艺实现
飞轮工艺实现主要涉及两大工艺过程，即铸造和机加工艺。一般先经过铸造工艺形成飞轮毛坯，在对毛坯进行机加工艺加工成飞轮成品。3.1 飞轮铸造工艺实现
（1）飞轮铸造工艺流程一般采用无冒口铸造方案，此工艺成熟。铸造质量稳定，无缩口，缩凹等缺陷，但也存在一些缺点，缺点为组织不均匀，动平衡试验时需在对面钻孔。生产过程中注意点：①铁液中C、Si 含量在规定范围内应尽量使C 含量高于Si 含量，以便提高共晶石墨膨胀量。②尽可能的监控烧注温度，减小液态收缩量。③砂型硬度大于75，且透气性大于100，型砂配比及性能满足技术要求即可。④飞轮毛坯件需经时效处理，喷丸后不得有残砂，不允许有裂纹、气孔、砂眼、夹渣、冷隔、疏松等缺陷，不允许有锈蚀。
（2）铸造过程重点关注型壳制作和熔炼浇铸两个环节，一定要定人定岗，严格按产品工艺要求，涂
料黏度，环境温度，湿度，干燥时间等参数及时确认，专人检查；产品性能尺寸质量确认往往以批次的形式进方行抽查监控确认；外观质量实施目视的方式100%确认。3.2 机加工艺实现
（1）飞轮类部件多数属于孔盘形部件，平面和孔系都有形位公差的要求，按照“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”、“基准先行”的原则进行加工工艺流程制定。通常先确定加工基准，选择粗基准的面应尽量平整，粗糙度只想对较小的面，这样有利于加工后的精基准定位性能较高，常见的机加加工流程如图2
所示。
图2
（2）机加工过程相对比较稳定，质量控制模式一般采用首件检测和过程抽检的方式，在批量生产过程中，过程中换刀或调整“刀补”现象经常发生，此时需进行产品质量确认，避免由此变化点质量确认不到位，导致发生产品批量质量问题。
4 结束语
汽车飞轮设计和工艺实现是相辅相成的，产品设计时应考虑工艺设计和加工要求，实现两者的同步开发。只有这样，才能提升汽车飞轮的设计质量、产品质量和性能，从而有效控制造成本，助推企业市
场竞争力。
参考文献：
[1]张则曹.汽车构造图册（发动机）[M].北京：人民交通出版社,2010.
[2]冯晋祥.汽车发动机构造与维修[M].北京：人民交通出版社,2010.
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