曲軸扭轉(zhuǎn)減振器介紹

1、2 扭轉(zhuǎn)減振器介紹2.1 扭轉(zhuǎn)振動的控制方法對于曲軸的扭振，如果在內(nèi)燃機工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，根據(jù)扭振計算以及實測發(fā) 現(xiàn)內(nèi)燃機確實存在著較大的扭轉(zhuǎn)振動， 就必須采取適當?shù)拇胧?，以便將扭轉(zhuǎn)振動 予以回避或者將其消減，以保證內(nèi)燃機工作的安全可靠。扭轉(zhuǎn)振動的避振預防措 施有很多種，可綜合歸納為以下三種方法 5,6 ：(1) 頻率調(diào)整法由扭轉(zhuǎn)振動特性可知，當激勵扭振的作用頻率3與扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的某一固有 頻率30相同時，將會發(fā)生極其劇烈的動態(tài)放大現(xiàn)象，即共振現(xiàn)象。因此耍避 開發(fā)生3=30，的可能，也即避開動態(tài)放大最嚴重的工況，就可能免除扭轉(zhuǎn)振動 過大所引起的一切后果。本方法的基本概念就是使 3主動躲過30 。

2、這種方法主 要措施有調(diào)整慣量法、調(diào)整柔度法等。通過調(diào)整，使系統(tǒng)本身的自振頻率躲過激 振頻率。使振動應力降至瞬時許用應力范圍之內(nèi)， 這樣就避免了因扭轉(zhuǎn)振動過大 對內(nèi)燃機造成損害。這種方法是扭轉(zhuǎn)振動預防措施中應用最廣的措施之一， 這不 僅是由于它的措施比較簡易可行，還在于當達到調(diào)頻要求以后，它的工作將是有 效的與可靠的。但頻率調(diào)整法有個缺點是調(diào)頻的幅度較小， 以至于在實際應用中 受到限制。(2) 減小振能法 激勵扭矩是導致扭轉(zhuǎn)振動的動力源。由于激勵扭矩輸人系統(tǒng)的能量是扭轉(zhuǎn)振動得以維持的源泉，如果能夠減小輸人系統(tǒng)的振動能量，也就能直接減小扭轉(zhuǎn)振 動的量級。方法之一是改變內(nèi)燃機的發(fā)火順序，當在機器所使

3、用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 危險的扭轉(zhuǎn)振動是副臨界轉(zhuǎn)速時，有可能用此方法來消減危險的扭轉(zhuǎn)振動， 減小 其危險程度。方法之二是改變曲柄布置，在多缸內(nèi)燃機中故意選用非等間隔發(fā)火， 適當選擇曲柄角以改變曲柄布置，可以使任何主、副臨界轉(zhuǎn)速中的某些簡諧扭振 相互抵消而避開危險的扭轉(zhuǎn)振動。方法之三是選擇最佳的曲柄與功率輸出裝置的 相對位置，使二者的干擾扭矩互相抵消，可以消減曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。(3) 裝設減振器 裝設減振器能改變軸系的扭振特性。減振器就其特性而言，可分為三大類：動力減振器，主要依靠它的動力效應改變軸系的自振頻率， 使之移出工作轉(zhuǎn)速范 圍，達到避振目的，如彈簧式和擺式動力減振器等；阻尼減振器，主要依靠固體

4、 的摩擦阻尼或液體的粘性阻尼來吸收干擾力矩輸入系統(tǒng)的振動能量， 以減小振動， 如橡膠減振器和硅油減振器等；復合減振器，就是既有調(diào)頻作用，又有阻尼降幅 作用，如硅油橡膠減振器和硅油彈簧減振器。 下文有關于這三類減振器有詳細介 紹。2.2 扭轉(zhuǎn)減振器的種類內(nèi)燃機裝在減振器上可以大大地降低傳遞到底座上的振動，同樣,扭轉(zhuǎn)振動也可以在它們達到底座之前消除。如果在發(fā)動機曲軸的前軸頭上安裝減振裝置， 那么，減振器就會吸收發(fā)動機對其旋轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動。這表明了減振器在 內(nèi)燃機系統(tǒng)中所起的重要作用。對減振器的技術要求是很高的，主要要求有彈性 材料的強度在使用和貯存過程中要可靠， 與金屬的固定要牢靠，在安裝階

5、段剛性 波動范圍要小，技術特性不隨時間而變化?，F(xiàn)在，主要的減振器有動力型減振器、 阻尼型減振器以及動力阻尼型減振器5,6。(1)動力型減振器/.OO圖2.1無阻尼彈性減振器示意圖動力減振器是通過彈性元件把輔助質(zhì)量連接到振動系統(tǒng)上的一種減振裝置。 起減振原理與摩擦減振器不同它不靠消耗能量來減振，而是通過輔助質(zhì)量的動力作用，是彈性元件在主系統(tǒng)上產(chǎn)生的慣性力矩正好與激振力矩大小相等、方向相反，以此來達到減振目的。如圖2.1所示。(2)阻尼減振器圖2.2阻尼減振器示意圖阻尼減振器是靠阻尼消耗激振能量達到減振目的，見圖 2.2。主要的有硅油 減振器間，其減振器殼體與曲軸固定，輪換與殼體之間充滿高粘度硅油

6、。 當軸系 發(fā)生扭振時，殼體與曲軸一起振動，而輪環(huán)由于慣性作用與殼體之間相對運動， 硅油因摩擦阻尼而吸收振動能量，對扭振系統(tǒng)起減振作用。這種減振器結構簡單， 減振效果好，工作可靠、耐用，使用較廣泛。(3)動力阻尼型減振器圖2.3 阻尼彈性減振器示意在動力減振器內(nèi)，加上適當?shù)淖枘?，就形成了有阻尼的動力減振器。 動力阻 尼型減振器兼有上述兩種作用，如橡膠彈性減振器、橡膠硅油減振器、硅油彈簧 減振器等，見圖2.3，從理論上講，動力阻尼型減振器效果最好，因為它既能利 用彈性產(chǎn)生動力效應，又能利用阻尼消耗激振能量。從而達到降低新出現(xiàn)的共振 振幅，擴大減振的頻率范圍，進一步改善減振的效果。因此，有阻尼動力

7、見這起 可以更好的利用來減少變速運轉(zhuǎn)機器的振動。在汽車和船舶的傳動系中得到了廣 泛的應用。但這種減振器與曲軸連接的彈性元件，如彈簧、橡膠等，常處在大振 幅、高應力下工作，工藝較復雜，成本較高。(4)擺式減振器圖2.4擺式減振器擺式減振器是一個懸掛在轉(zhuǎn)動系統(tǒng)上的離心振動擺， 如圖2.4所示，實際上， 它也是一種動力減振器起作用原理與動力減振器相同。當擺的固有頻率和主系統(tǒng) 的頻率相等時，它所產(chǎn)生的慣性反力矩即可平衡干擾力矩， 從而消除振動。由于 離心振動擺的固有頻率可隨轉(zhuǎn)速變化，因此它在變速運轉(zhuǎn)機器的整個運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)， 對于某一次或幾次強迫振動都有減振作用。 常用它來減小發(fā)動機在變速運轉(zhuǎn)時的 扭轉(zhuǎn)振

8、動。2.3扭轉(zhuǎn)減振器的結構目前在汽車發(fā)動機曲軸系統(tǒng)中廣泛應用的是橡膠阻尼式單級扭轉(zhuǎn)減振器，對于單級的減振器(只具有一個慣性質(zhì)量)，已有較為成熟的設計理論與計算方法。 在轎車發(fā)動機曲軸系統(tǒng)中廣泛使用的橡膠阻尼式減振器的阻尼值偏小，達不到最優(yōu)設計阻尼系數(shù)比的要求。硅油或硅油 -橡膠式阻尼減振器，可以提供較大的阻 尼而滿足設計的最優(yōu)阻尼，但其制造工藝復雜，成本相對較高。為降低成本，在 轎車發(fā)動機的曲軸扭振減振系統(tǒng)中，一般采用橡膠阻尼式減振器。隨著轎車發(fā)動 機的輕量化和大功率化，單級橡膠阻尼式減振器的減振效果已滿足不了曲軸系統(tǒng) 扭轉(zhuǎn)振動控制的要求，目前在一些轎車發(fā)動機上已經(jīng)采用了多級的橡膠阻尼式減 振

9、器，即多級動力減振器，以提高國產(chǎn)發(fā)動機曲軸的壽命和降低發(fā)動機的振動和 噪聲。與柴油機曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動相比較，汽油發(fā)動機曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動相對 較小，因而在轎車發(fā)動機的曲軸扭振減振系統(tǒng)中， 一般只用橡膠阻尼式扭轉(zhuǎn)減振 器的結構形式。隨著轎車發(fā)動機的輕量化設計和高功率化，普通的單級扭轉(zhuǎn)減振 器的減振效果已經(jīng)滿足不了高功率、輕量化發(fā)動機的曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動控制的要 求，目前在一些轎車發(fā)動機上已經(jīng)采用了多級扭轉(zhuǎn)減振器。當今在國外發(fā)動機中應用有較多的復雜結構型式的汽車發(fā)動機曲軸減振器(圖2.5)，采用這些具有良好減振性能的曲軸減振器的新結構，有利于提高發(fā)動機曲軸的壽命和降低發(fā)動機 的振動和噪聲。Lynx

10、 R4-TD2,5 I-R5 TDI 2,5 I-R5 TDIV8-TDI2,0 I-R4 TD圖2.5汽車發(fā)動機曲軸減振器2.3.1單級扭轉(zhuǎn)減振器圖2.6為兩種常見結構形式的單級扭轉(zhuǎn)減振器。其中，圖2.6(a)的慣性質(zhì)量同時兼做皮帶輪，因此圖2.6(a)中的橡膠件同時承受扭轉(zhuǎn)和徑向方向的載荷；圖 2.6(b)中的慣性質(zhì)量不作為傳動件，橡膠件僅僅承受扭轉(zhuǎn)方向的動載荷，其橡膠 的疲勞壽命較圖2.6(a)中橡膠的疲勞壽命更容易滿足設計要求。因此，在單級曲 軸扭轉(zhuǎn)減振器的設計中，應優(yōu)先考慮圖2.6(b)所示的結構形式。a）b）圖2.6單級橡膠扭轉(zhuǎn)減振器2.3.2多級并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器圖2.7為兩級并聯(lián)

11、式扭轉(zhuǎn)減振器。零件7為輪毅，是扭轉(zhuǎn)減振器與發(fā)動機曲 的連接件；鋼圈1和帶輪2 （齒圈）為緊配合，合成為一個慣性環(huán)，與橡膠件 8 組成為一級扭轉(zhuǎn)減振器。摩擦環(huán)6和5為由特氟龍材料制成的部件，因此帶輪 2和輪毅7之間可以相互轉(zhuǎn)動。慣性環(huán)4為另一慣性質(zhì)量，與橡膠件3組成一個階 扭轉(zhuǎn)減振器。橡膠件3一側硫化在輪毅7上,另一側則硫化在慣性質(zhì)量上，因此， 圖2.7所示的扭轉(zhuǎn)減振器為兩級并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器8,9。1-鋼圈2-帶輪3、8-橡膠件4-慣性輪 5、6-摩擦環(huán)7-輪轂圖2.7兩級并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器圖2.8為三級并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器的結構圖。 輪毅8為扭轉(zhuǎn)減振器與曲軸的連接件。橡膠件2,、6和10的一側與輪毅

12、3、7、9硫化在一起，另外一側分別與慣性環(huán)1、帶輪5和11硫化在一起。摩擦環(huán)4由特氟龍材料制成，因此摩擦環(huán)4與帶輪（兼作慣性環(huán)）5之間可以相互轉(zhuǎn)動。慣性環(huán)1與橡膠件2、帶輪5與橡膠件&帶輪（兼作慣性環(huán)）11與橡膠件10組成三級并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器。1-慣性環(huán)2、6、10-橡膠件3、7、8、9-輪轂4-摩擦環(huán)5、11-帶輪圖2.8三級并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器2.3.3多級串聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器圖2.9為兩級串聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器結構圖。 輪毅7為扭轉(zhuǎn)減振器和曲軸前端的 連結件，慣性環(huán)5和輪毅，之間的連接為緊配合，兩者組成一慣性質(zhì)t。橡膠件6的一側與輪毅7硫化在一起，另一側與慣性環(huán)1硫化在一起。橡膠件2的一側與慣

13、性環(huán)1硫化在一起，另外一側與帶輪（兼慣性環(huán)）3硫化在一起。摩擦環(huán)4是由特氟龍材料制成的鋼圈，因此帶輪 3和摩擦環(huán)4之間可以相互轉(zhuǎn)動。由于帶輪3和橡膠件2組成的扭轉(zhuǎn)減振器是串聯(lián)連接在由慣性環(huán) 1和5合成 的慣性質(zhì)量和橡膠件6組成的扭轉(zhuǎn)減振器上的，因此圖2.9所示的扭轉(zhuǎn)減振器為 兩級串聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器。1-慣性環(huán)2、6、10-橡膠件3、7、8、9-輪轂4-摩擦環(huán) 5、X-帶輪圖2.8三級并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器2.3.3多級串聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器圖2.9為兩級串聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器結構圖。 輪毅7為扭轉(zhuǎn)減振器和曲軸前端的 連結件，慣性環(huán)5和輪毅，之間的連接為緊配合，兩者組成一慣性質(zhì)to橡膠件6的一側與輪毅7硫化在一起，另一側與慣性環(huán)1硫化在一起。橡膠件2的一側 與慣性環(huán)1硫化在一起，另外一側與帶輪（兼慣性環(huán)）3硫化在一起。摩擦環(huán)4是由特氟龍材料制成的鋼圈，因此帶輪 3和摩擦環(huán)4之間可以相互轉(zhuǎn)動。由于帶輪3和橡膠件2組成的扭轉(zhuǎn)減振器是串聯(lián)連接在由慣性環(huán) 1和5合成 的慣性質(zhì)量和橡膠件6組成的扭轉(zhuǎn)減振器上的，因此圖2.9所示的扭轉(zhuǎn)減振器為 兩級串聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器。之間充滿硅油，硅油與慣性環(huán)9組成一級硅油阻尼式扭轉(zhuǎn)減振器。由于橡膠阻尼 式扭轉(zhuǎn)減振器（由彈性阻尼元件和慣性元件組成）和硅