一、扭振減振器的作用及種類(lèi)

      扭轉減震器可以降低發(fā)動(dòng)機曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉剛度，降低傳動(dòng)系扭轉振動(dòng)固有頻率，增加傳動(dòng)系的扭轉阻尼器，抑制與扭轉共振對應的振幅，衰減沖擊引起的瞬態(tài)扭振，緩解非穩態(tài)下傳動(dòng)系的扭轉沖擊載荷，改善連接的順暢性。

1、作用

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

（1）消減曲軸扭轉振動(dòng)，提高曲軸的疲勞壽命，減少應力水平；

（2）傳遞扭矩，衰減扭矩波動(dòng)；

（3）減少整機的振動(dòng)、噪音。

2、分類(lèi)

（1）動(dòng)力減振器

      主要依靠它的動(dòng)力效應改變軸系的自振頻率，使之移出工作轉速范圍，達到避振目的，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）復合減振器

      就是既有調頻作用，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用于汽油發(fā)動(dòng)機，硅油減振器主要應用于柴油發(fā)電機。隨著(zhù)柴油發(fā)電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(mǎn)足不了曲軸系統扭轉振動(dòng)控制的要求，目前在一些柴油發(fā)電機上已經(jīng)采用了多級的橡膠阻尼式減振器。拆卸安裝時(shí)都應整體進(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比的影響

      假設扭振減振器的參數保持不變，并且彎曲減振器的定調比和慣量比為一定值，則阻尼系數的變化對振幅放大曲線(xiàn)的影響見(jiàn)圖4。由此可見(jiàn):彎曲減振器的阻尼系數比對發(fā)動(dòng)機的振幅有很大的影響。當γ=0時(shí)，彎曲減振器為無(wú)阻尼彈性減振器，振幅曲線(xiàn)為三峰曲線(xiàn);當γ=∞時(shí)，相當于將彎曲減振器的慣性體并死在發(fā)動(dòng)機上，此時(shí)，系統變?yōu)橐粋€(gè)單扭振減振器，因此振幅曲線(xiàn)為一雙峰曲線(xiàn)。當γ在0和∞之間取各種不同值時(shí)，振幅曲線(xiàn)具有不同的形態(tài)，γ由小變大，曲線(xiàn)由三峰變?yōu)殡p峰，直到和γ=∞時(shí)的曲線(xiàn)重合?？梢钥吹?，任何阻尼的振幅曲線(xiàn)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比的影響

      假設彎曲減振器的參數保持不變，則扭振減振器的阻尼系數比的變化對振幅放大曲線(xiàn)的影響見(jiàn)圖5。同樣，當γ=0時(shí)，振幅曲線(xiàn)為三峰曲線(xiàn);γ=∞時(shí)，振幅曲線(xiàn)為雙峰曲線(xiàn)。當γ在0和∞之間取值時(shí)，曲線(xiàn)的變化趨勢和彎曲減振器的影響是一樣的。但是，任何阻尼的曲線(xiàn)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算及試驗研究

      對于扭-彎減振器，當去掉彎曲減振器后就變成了目前中小功率柴油發(fā)電機上常用的扭振橡膠減振器。由于在試驗中要定量地改變阻尼參數來(lái)考察理論分析的結果是非常困難的，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、理論計算

      對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計條件與有阻尼彈性扭振減振器相比發(fā)生了改變。因此，對于扭-彎減振器的扭振效果的最佳設計必須充分考慮彎曲減振器的影響。對于扭-彎減振器中彎曲振動(dòng)減振器的設計，主要是依據發(fā)動(dòng)機曲軸系統的彎曲振動(dòng)的固有頻率來(lái)設計彎曲振動(dòng)減振器的彎曲振動(dòng)頻率，從而使彎曲振動(dòng)減振器起到一種調頻減——對應于彎曲減振器的扭振減振器的最佳定調比(0.24)的曲線(xiàn)簇——對應于彎曲減振器的扭振減振器的最佳定調比(0.16)的曲線(xiàn)簇振的目的。

      對于彎曲振動(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(zhù)一種固有的對應關(guān)系，即f彎=(0.8～1.1)f扭。因此在彎曲振動(dòng)減振器的設計參數確定以后，可假設彎曲減振器參數不變，來(lái)考慮扭振的最佳設計問(wèn)題。在彎曲減振器確定后，扭振減振器的任何阻尼的曲線(xiàn)都通過(guò)兩個(gè)定點(diǎn)。要獲得兩個(gè)定點(diǎn)振幅一樣大的設計條件，不但要通過(guò)扭振減振器的定調比的改變，而且它是和彎曲減振器的設計參數相關(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比的確定。在此最佳設計條件下，才能確定扭振減振器的最佳阻尼系數比。

2、軸系扭轉振動(dòng)試驗分析

      柴油機曲軸受到眾多激勵作用，振動(dòng)表現形態(tài)上從而就呈現多樣性。曲軸扭振試驗系統如圖3所示，測試系統如圖4所示。扭振信號通過(guò)非接觸電磁傳感器觸發(fā)采集，數據采集采用LMS測試系統。通過(guò)LMS測試系統虛擬通道進(jìn)行扭轉振動(dòng)信號的采集和分析，直接進(jìn)行數據處理分析，可得到各個(gè)轉速工況下和不同諧次下的扭振特性。

（1）軸系扭轉振動(dòng)試驗結果

      康明斯柴油機軸系在工作轉速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)轉速范圍內，1.5諧次下的扭振幅值遠遠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)機在500Hz下的扭振特性見(jiàn)圖6?？梢钥闯鲈?00Hz下，看不出其顯著(zhù)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)轉速范圍內，1.5諧次下的扭振角度遠遠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)機工作轉速范圍內，1.5諧次下的扭振角度遠遠大于其他諧次下的扭振角度，其最大值為1862rpm下達到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)轉速范圍內，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結果

      下面對康明斯發(fā)動(dòng)機在不同負荷下的扭振特性進(jìn)行對比分析。圖9為康明斯發(fā)動(dòng)機分別在全負荷、60%負荷和30%負荷下的扭振瀑布圖?？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)機工作轉速范圍內，1.5諧次下的扭振角度遠遠大于其他諧次下的扭振角度，其最大值為1862rpm下達到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)轉速范圍內，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諧次是其強諧次，故其扭振幅值或角度較大。

四、扭轉振動(dòng)的控制方法

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

(1)  頻率調整法

      由扭轉振動(dòng)特性可知，當激勵扭振的作用頻率ω與扭轉振動(dòng)系統的某一固有 頻率  ω0    相同時(shí)，將會(huì )發(fā)生極其劇烈的動(dòng)態(tài)放大現象， 即共振現象 。 因此耍避 開(kāi)發(fā)生ω=ω0 ，的可能，也即避開(kāi)動(dòng)態(tài)放大最嚴重的工況，就可能免除扭轉振動(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 要措施有調整慣量法、調整柔度法等。通過(guò)調整，使系統本身的自振頻率躲過(guò)激 振頻率。使振動(dòng)應力降至瞬時(shí)許用應力范圍之內，這樣就避免了因扭轉振動(dòng)過(guò)大 對內燃機造成損害。這種方法是扭轉振動(dòng)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(jiǎn)易可行，還在于當達到調頻要求以后，它的工作將是有 效的與可靠的。但頻率調整法有個(gè)缺點(diǎn)是調頻的幅度較小，以至于在實(shí)際應用中 受到限制。

(2)  減小振能法

      激勵扭矩是導致扭轉振動(dòng)的動(dòng)力源。由于激勵扭矩輸人系統的能量是扭轉振  動(dòng)得以維持的源泉，如果能夠減小輸人系統的振動(dòng)能量，也就能直接減小扭轉振  動(dòng)的量級 。方法之一是改變內燃機的發(fā)火順序 ， 當在機器所使用的轉速范圍內， 危險的扭轉振動(dòng)是副臨界轉速時(shí)，有可能用此方法來(lái)消減危險的扭轉振動(dòng)，減小  其危險程度。方法之二是改變曲柄布置，在多缸內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、副臨界轉速中的某些簡(jiǎn)諧扭振  相互抵消而避開(kāi)危險的扭轉振動(dòng)。方法之三是選擇最佳的曲柄與功率輸出裝置的  相對位置，使二者的干擾扭矩互相抵消，可以消減曲軸的扭轉振動(dòng)。

(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(lèi)：  動(dòng)力減振器，主要依靠它的動(dòng)力效應改變軸系的自振頻率，使之移出工作轉速范   圍，達到避振目的，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；復合減振器，就是既有調頻作用，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：

      對于曲軸的扭振，如果在內燃機工作轉速范圍內，根據扭振計算以及實(shí)測發(fā)現內燃機確實(shí)存在著(zhù)較大的扭轉振動(dòng)，就必須采取適當的措施，以便將扭轉振動(dòng)予以回避或者將其消減，以保證柴油機工作的安全可靠。由于往復式柴油機其軸系是彈性系統,在運轉中當干擾力矩的頻率和軸系的固有頻率相同時(shí),即會(huì )發(fā)生扭轉共振。扭轉共振的危害極其嚴重。加裝減震器是吸收振動(dòng)最直接的方法。本文上述內容對減震器的功能、類(lèi)型、特性及測試方法作了初步說(shuō)明。