一、扭振減振器的作用及種類(lèi)

      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(lèi)

（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(lái)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(wú)必要不要把扭震減震器從皮帶輪上拆下來(lái)。

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(jiàn)圖4。由此可見(jiàn):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(wú)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(guò)某一定點(diǎn)，而此定點(diǎn)的位置是和阻尼無(wú)關(guān)的。此定點(diǎn)橫坐標(biāo)的位置可以通過(guò)令β γ=0=β γ=∞來(lái)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(jiàn)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(guò)兩個(gè)定點(diǎn)，定點(diǎn)位置同樣可以用上述方法來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)考慮扭振的最佳設(shè)計(jì)問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)圖6。可以看出在500Hz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(méi)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?？梢钥吹狡渑ふ裉匦韵嗤?。

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(méi)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(kāi)發(fā)生ω=ω0 ，的可能，也即避開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)調(diào)整，使系統(tǒng)本身的自振頻率躲過(guò)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(guò)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(lái)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(kāi)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(lèi)：  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(lái)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(lèi)型、特性及測(cè)試方法作了初步說(shuō)明。