一、扭振減振器的作用及種類

      扭轉(zhuǎn)減震器可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率，增加傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)阻尼器，抑制與扭轉(zhuǎn)共振對(duì)應(yīng)的振幅，衰減沖擊引起的瞬態(tài)扭振，緩解非穩(wěn)態(tài)下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，改善連接的順暢性。

1、作用

      為了消減曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，現(xiàn)在柴油發(fā)電機(jī)多在扭振振幅最大的曲軸前端裝置扭振減振器。

（1）消減曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，提高曲軸的疲勞壽命，減少應(yīng)力水平；

（2）傳遞扭矩，衰減扭矩波動(dòng)；

（3）減少整機(jī)的振動(dòng)、噪音。

2、分類

（1）動(dòng)力減振器

      主要依靠它的動(dòng)力效應(yīng)改變軸系的自振頻率，使之移出工作轉(zhuǎn)速范圍，達(dá)到避振目的，如彈簧式和擺式動(dòng)力減振器等；

（2）阻尼減振器

      主要依靠固體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(dòng)能量，以減小振動(dòng)，如橡膠減振器和硅油減振器等；

（3）復(fù)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。

      目前應(yīng)用最多的就是橡膠減振器和硅油減振器。其中橡膠減振器廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，硅油減振器主要應(yīng)用于柴油發(fā)電機(jī)。隨著柴油發(fā)電機(jī)的輕量化和大功率化，單級(jí)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(dòng)控制的要求，目前在一些柴油發(fā)電機(jī)上已經(jīng)采用了多級(jí)的橡膠阻尼式減振器。拆卸安裝時(shí)都應(yīng)整體進(jìn)行，若無必要不要把扭震減震器從皮帶輪上拆下來。

二、彎曲振動(dòng)減振器特性的影響

1、彎曲減振器阻尼系數(shù)比的影響

      假設(shè)扭振減振器的參數(shù)保持不變，并且彎曲減振器的定調(diào)比和慣量比為一定值，則阻尼系數(shù)的變化對(duì)振幅放大曲線的影響見圖4。由此可見:彎曲減振器的阻尼系數(shù)比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的振幅有很大的影響。當(dāng)γ=0時(shí)，彎曲減振器為無阻尼彈性減振器，振幅曲線為三峰曲線;當(dāng)γ=∞時(shí)，相當(dāng)于將彎曲減振器的慣性體并死在發(fā)動(dòng)機(jī)上，此時(shí)，系統(tǒng)變?yōu)橐粋€(gè)單扭振減振器，因此振幅曲線為一雙峰曲線。當(dāng)γ在0和∞之間取各種不同值時(shí)，振幅曲線具有不同的形態(tài)，γ由小變大，曲線由三峰變?yōu)殡p峰，直到和γ=∞時(shí)的曲線重合。可以看到，任何阻尼的振幅曲線均通過某一定點(diǎn)，而此定點(diǎn)的位置是和阻尼無關(guān)的。此定點(diǎn)橫坐標(biāo)的位置可以通過令β γ=0=β γ=∞來確定。

2、扭振減振器阻尼系數(shù)比的影響

      假設(shè)彎曲減振器的參數(shù)保持不變，則扭振減振器的阻尼系數(shù)比的變化對(duì)振幅放大曲線的影響見圖5。同樣，當(dāng)γ=0時(shí)，振幅曲線為三峰曲線;γ=∞時(shí)，振幅曲線為雙峰曲線。當(dāng)γ在0和∞之間取值時(shí)，曲線的變化趨勢(shì)和彎曲減振器的影響是一樣的。但是，任何阻尼的曲線卻通過兩個(gè)定點(diǎn)，定點(diǎn)位置同樣可以用上述方法來確定。

三、扭彎減振器的理論計(jì)算及試驗(yàn)研究

      對(duì)于扭-彎減振器，當(dāng)去掉彎曲減振器后就變成了目前中小功率柴油發(fā)電機(jī)上常用的扭振橡膠減振器。由于在試驗(yàn)中要定量地改變阻尼參數(shù)來考察理論分析的結(jié)果是非常困難的，因此在研究中，只是改變了彎曲減振器的橡膠硬度，即在扭振減振器上配置及彎曲減振器。

 1、理論計(jì)算

      對(duì)于裝有彎曲減振器的扭-彎減振器的扭振減振效果的最佳設(shè)計(jì)條件與有阻尼彈性扭振減振器相比發(fā)生了改變。因此，對(duì)于扭-彎減振器的扭振效果的最佳設(shè)計(jì)必須充分考慮彎曲減振器的影響。對(duì)于扭-彎減振器中彎曲振動(dòng)減振器的設(shè)計(jì)，主要是依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸系統(tǒng)的彎曲振動(dòng)的固有頻率來設(shè)計(jì)彎曲振動(dòng)減振器的彎曲振動(dòng)頻率，從而使彎曲振動(dòng)減振器起到一種調(diào)頻減——對(duì)應(yīng)于彎曲減振器的扭振減振器的最佳定調(diào)比(0.24)的曲線簇——對(duì)應(yīng)于彎曲減振器的扭振減振器的最佳定調(diào)比(0.16)的曲線簇振的目的。

      對(duì)于彎曲振動(dòng)減振器的形式，其彎曲振動(dòng)固有頻率和扭振固有頻率存在著一種固有的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即f彎=(0.8～1.1)f扭。因此在彎曲振動(dòng)減振器的設(shè)計(jì)參數(shù)確定以后，可假設(shè)彎曲減振器參數(shù)不變，來考慮扭振的最佳設(shè)計(jì)問題。在彎曲減振器確定后，扭振減振器的任何阻尼的曲線都通過兩個(gè)定點(diǎn)。要獲得兩個(gè)定點(diǎn)振幅一樣大的設(shè)計(jì)條件，不但要通過扭振減振器的定調(diào)比的改變，而且它是和彎曲減振器的設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)聯(lián)的。在不同彎曲減振器情況下的扭振減振器最佳定調(diào)比的確定。在此最佳設(shè)計(jì)條件下，才能確定扭振減振器的最佳阻尼系數(shù)比。

2、軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)試驗(yàn)分析

      柴油機(jī)曲軸受到眾多激勵(lì)作用，振動(dòng)表現(xiàn)形態(tài)上從而就呈現(xiàn)多樣性。曲軸扭振試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示，測(cè)試系統(tǒng)如圖4所示。扭振信號(hào)通過非接觸電磁傳感器觸發(fā)采集，數(shù)據(jù)采集采用LMS測(cè)試系統(tǒng)。通過LMS測(cè)試系統(tǒng)虛擬通道進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)的采集和分析，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，可得到各個(gè)轉(zhuǎn)速工況下和不同諧次下的扭振特性。

（1）軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

      康明斯柴油機(jī)軸系在工作轉(zhuǎn)速800rpm—2100rpm下扭振特性見圖5，反映了其在不同諧次下的扭振特性。

      從圖5可以看出，在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，1.5諧次下的扭振幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他諧次下的扭振幅值，3諧次、4.5諧次和7.5諧次的扭振幅值也較大。

      康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)在500Hz下的扭振特性見圖6?？梢钥闯鲈?00Hz下，看不出其顯著的共振特征。

（2）扭振特性

① 從圖7、圖8可以同樣看出，在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，1.5諧次下的扭振角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他諧次下的扭振幅值，3諧次、4.5諧次、1諧次和2諧次的扭振角度也較大。

② 從圖7、圖8中可以看出，在康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，1.5諧次下的扭振角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他諧次下的扭振角度，其最大值為1862rpm下達(dá)到0.059°。

③ 從圖7、圖8中還可以看出，除1.5諧次外，3諧次、4.5諧次、1諧次和2諧次的扭振角度也較大。其中3諧次在2053rpm下扭振角度較大，為0.009°，4.5諧次在2053rpm下扭振角度也較大，為0.0051°。1諧次在1143rpm、2諧次在2071rpm下扭振角度也較大。

      由于其主諧次為12、24等諧次，因此在其整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，沒有明顯的共振特性。但是1諧次和2諧次角度較大，是由于其一階和二階往復(fù)慣性力矩未平衡所致。1.5諧次、3諧次、4.5諧次和7.5諧次是其強(qiáng)諧次，故其扭振幅值或角度較大。

（3）軸系在不同工況下扭振試驗(yàn)結(jié)果

      下面對(duì)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)荷下的扭振特性進(jìn)行對(duì)比分析。圖9為康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)分別在全負(fù)荷、60%負(fù)荷和30%負(fù)荷下的扭振瀑布圖。可以看到其扭振特性相同。

從圖10中可以看出：在康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，1.5諧次下的扭振角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他諧次下的扭振角度，其最大值為1862rpm下達(dá)到0.059°。

除1.5諧次外，3諧次、4.5諧次、1諧次和2諧次的扭振角度也較大。其中3諧次在2053rpm下扭振角度較大，為0.009°，4.5諧次在2053rpm下扭振角度也較大，為0.0051°。1諧次在1143rpm、2諧次在2071rpm下扭振角度也較大。分析康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)的扭振特性，由于其主諧次為12、24等諧次，因此在其整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，沒有明顯的共振特性。但是1諧次和2諧次角度較大，是由于其一階和二階往復(fù)慣性力矩未平衡所致。1.5諧次、3諧次、4.5諧次和7.5諧次是其強(qiáng)諧次，故其扭振幅值或角度較大。

四、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的控制方法

      扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的避振預(yù)防措施有很多種，可綜合歸納為以下三種方法。

(1)  頻率調(diào)整法

      由扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性可知，當(dāng)激勵(lì)扭振的作用頻率ω與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的某一固有 頻率  ω0    相同時(shí)，將會(huì)發(fā)生極其劇烈的動(dòng)態(tài)放大現(xiàn)象， 即共振現(xiàn)象 。 因此耍避 開發(fā)生ω=ω0 ，的可能，也即避開動(dòng)態(tài)放大最嚴(yán)重的工況，就可能免除扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 過大所引起的一切后果 。本方法的基本概念就是使ω主動(dòng)躲過ω0  。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(dòng)應(yīng)力降至瞬時(shí)許用應(yīng)力范圍之內(nèi)，這樣就避免了因扭轉(zhuǎn)振動(dòng)過大 對(duì)內(nèi)燃機(jī)造成損害。這種方法是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)預(yù)防措施中應(yīng)用最廣的措施之一，這不 僅是由于它的措施比較簡(jiǎn)易可行，還在于當(dāng)達(dá)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(gè)缺點(diǎn)是調(diào)頻的幅度較小，以至于在實(shí)際應(yīng)用中 受到限制。

(2)  減小振能法

      激勵(lì)扭矩是導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的動(dòng)力源。由于激勵(lì)扭矩輸人系統(tǒng)的能量是扭轉(zhuǎn)振  動(dòng)得以維持的源泉，如果能夠減小輸人系統(tǒng)的振動(dòng)能量，也就能直接減小扭轉(zhuǎn)振  動(dòng)的量級(jí) 。方法之一是改變內(nèi)燃機(jī)的發(fā)火順序 ， 當(dāng)在機(jī)器所使用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 危險(xiǎn)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是副臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，有可能用此方法來消減危險(xiǎn)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，減小  其危險(xiǎn)程度。方法之二是改變曲柄布置，在多缸內(nèi)燃機(jī)中故意選用非等間隔發(fā)火， 適當(dāng)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(jiǎn)諧扭振  相互抵消而避開危險(xiǎn)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。方法之三是選擇最佳的曲柄與功率輸出裝置的  相對(duì)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(dòng)。

(3)  裝設(shè)減振器

      裝設(shè)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(dòng)力減振器，主要依靠它的動(dòng)力效應(yīng)改變軸系的自振頻率，使之移出工作轉(zhuǎn)速范   圍，達(dá)到避振目的，如彈簧式和擺式動(dòng)力減振器等；阻尼減振器，主要依靠固體   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(dòng)能量，以減小振動(dòng)， 如橡膠減振器和硅油減振器等；復(fù)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。

總結(jié)：

      對(duì)于曲軸的扭振，如果在內(nèi)燃機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，根據(jù)扭振計(jì)算以及實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)確實(shí)存在著較大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，就必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以便將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)予以回避或者將其消減，以保證柴油機(jī)工作的安全可靠。由于往復(fù)式柴油機(jī)其軸系是彈性系統(tǒng),在運(yùn)轉(zhuǎn)中當(dāng)干擾力矩的頻率和軸系的固有頻率相同時(shí),即會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振。扭轉(zhuǎn)共振的危害極其嚴(yán)重。加裝減震器是吸收振動(dòng)最直接的方法。本文上述內(nèi)容對(duì)減震器的功能、類型、特性及測(cè)試方法作了初步說明。