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曲轴减震器

作者:狗博app 来源:本站原创 日期:2020-10-18 06:14 点击: 

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  为了消减曲轴的扭转振动,有的发动机在曲轴前端装有减振装置,称为曲轴减震器,使曲轴扭转振动能量逐渐消耗于减振器内的摩擦,从而使振幅逐渐减小。

  曲轴是一种扭转弹性系统,本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中,经连杆传给曲柄销的作用力的大小和方向都是周期性地变化的,这种周期性变化的激力作用在曲轴上,引起曲拐回转的瞬时角速度也呈周期性变化。由于固装在曲轴上的飞轮转动惯量大,其瞬时角速度基本上可看作是均匀的。这样,曲拐便会忽而比飞轮转得快,忽而又比飞轮转得慢,形成相对于飞轮的扭转摆动,也就是曲轴的扭转振动,当激振力频率与曲轴自振频率成整数倍时,曲轴扭转振动便因共振而加剧。这将使发动机功率受到损失,正时齿轮或链条磨损增加,严重时甚至将曲轴扭断。

  曲轴作为内燃机中主要的运动部件之一,它的强度和可靠性在很大程度上决定着内燃机的可靠性。因此,扭转振动是内燃机设计过程中必须考虑的重要因素。为了消减曲轴的扭转振动,现在汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置减震器。

  为了消减曲轴的扭转振动,现在汽车发动机多在扭振振幅最大的曲轴前端装置扭振减振器。它的功能简单介绍有以下三个方面:

  主要依靠它的动力效应改变轴系的自振频率,使之移出工作转速范围,达到避振目的,如弹簧式和摆式动力减振器等;

  主要依靠固体的摩擦阻尼或液体的粘性阻尼来吸收干扰力矩输入系统的振动能量,以减小振动,如橡胶减振器和硅油减振器等;

  就是既有调频作用,又有阻尼降幅作用,如硅油橡胶减振器和硅油弹簧减振器。

  目前应用最多的就是橡胶减振器和硅油减振器。其中橡胶减振器广泛应用于汽油发动机,硅油减振器主要应用于。目前用于汽车橡胶减振器主要是单级减振器(只有一个惯性质量),但是,随着轿车发动机的轻量化和大功率化,单级橡胶阻尼式减振器的减振效果已满足不了曲轴系统扭转振动控制的要求,目前在一些轿车发动机上已经采用了多级的橡胶阻尼式减振器。

  常见的橡胶摩擦式单级扭振减振器由减振器壳体1、硫化橡胶层2和减振器惯性质量3等组成,如图1所示。

  转动惯量较大的惯性质量3用一层橡胶垫和由薄钢片冲压制成的壳体1 相连。壳体1和惯性质量3都同硫化橡胶层2硫化粘接。壳体1的毂部用螺栓固装于曲轴前端的风扇带轮上。当曲轴发生扭转振动时,曲轴前端的角振幅最大,而且通过带轮轮毂带动壳体1一起振动。惯性质量3则因转动惯量较大而实际上相当于一个小型的飞轮,其转动瞬时角速度也比壳体1均匀得多。这样,惯性质量3就同壳体1有了相对角振动,而使硫化橡胶层2 产生正反方向交替变化的扭转变形。这时,由于橡胶垫变形而产生的橡胶内部的分子摩擦,消耗扭转振动能量,整个曲轴的扭转振幅将减小,把曲轴共振转速移向更高的转速区域内,从而避免在常用的转速内出现共振。

  橡胶减振器的主要优点是结构简单、质量小、工作可靠,所以在汽车发动机上应用广泛。其主要缺点是对曲轴扭转振动的衰减作用不够强,而且橡胶由于内摩擦生热升温而容易老化。

  其中轮毅7为振减振器与发动机曲轴的连接件,钢圈1和带轮2(齿圈)为紧配合,合成为一个惯性质量,并与橡胶件8组成为一级扭振减振器。

  摩擦环6和5是由特氟龙材料制成的部件,因此带轮2和轮毅7之间可以相互转动。惯性环4为另一惯性质量,与橡胶件3组成另一个扭振减振器。

  橡胶件3一侧硫化在轮毅7上,另一侧则硫化在惯性质量上,因此,图2所示的扭转减振器为两级并联式扭振减振器。

  图3为两级串联式扭振减振器结构图。轮毅7为扭振减振器和曲轴前端的连接件,惯性环5和轮毅,之间的连接为紧配合,两者组成一惯性质量。橡胶件6的一侧与轮毅7硫化在一起,另一侧与惯性环1硫化在一起。橡胶件2的一侧与惯性环1硫化在一起,另外一侧与带轮(兼惯性环)3硫化在一起。摩擦环4是由特氟龙材料制成的钢圈,因此带轮3和摩擦环4之间可以相互转动。由于带轮3和橡胶件2组成的扭转减振器是串联连接在由惯性环1和5合成的惯性质量和橡胶件6组成的扭振减振器上的,因此图3所示的扭振减振器为两级串联式扭振减振器。

  图4为硅油减振器的结构简图,惯性圆盘装在壳体内,可绕光滑耐磨的减磨衬套自由转动,惯性圆盘与壳体间有一定的间隙,间隙内充满硅油。硅油减振器的壳体固联在曲轴前端,与曲轴系统一起运动。当曲轴系统发生扭振时,由于惯性圆盘转动惯量较大,它的运动总是滞后于壳体的运动,此时间隙中硅油的黏性阻尼就会消耗振动能量,从而达到减弱曲轴系统扭转振动的目的。

  硅油减振器密封较困难,硅油与空气接触吸收水分时容易变质,会减弱减振器减振效果。

  图5为硅油-橡胶复合式扭振减振器结构图。轮毂12与发动机曲轴相连接,轮毂1、11与轮毂12为紧配合。橡胶件2的两侧分别与轮毂1和带轮(兼惯性环)5硫化在一起,带轮5与橡胶件2共同组成橡胶阻尼式扭振减振器。钢圈3、4、6和10由特氟龙材料制成,与它们相连接的两个物体之间可以相互转动。惯性环9为硅油减振器惯性环,它与由轮毂11、7和8之间组成的密封腔之间充满硅油,硅油与惯性环9组成一级硅油阻尼式扭振减振器。由于橡胶阻尼式扭振减振器(由弹性阻尼原件和惯性原件组成)和硅油阻尼式扭振减振器为并联的形式,因此,图5所示的曲轴减振器为二级并联硅油-橡胶复合式扭振减振器。

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