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發(fā)動(dòng)機(jī)硅油減振器扭振原理、作用、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)圖解
發(fā)布時(shí)間:2022-06-13 02:32:55  ▏閱讀:

 

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柴油發(fā)動(dòng)機(jī)硅油減振器原理、作用、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)圖解

 

摘要:硅油減振器系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一,它可提高發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作可靠性,改善整機(jī)性能。硅油減振器的性能和質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能起著關(guān)鍵作用。但是很多小型生產(chǎn)廠家往往僅根據(jù)理論給出其阻尼等關(guān)鍵參數(shù),即假定減振器發(fā)揮最佳阻尼,但是康明斯發(fā)電機(jī)公司實(shí)測(cè)后結(jié)果表明,這種假定并不準(zhǔn)確。只有通過(guò)理論計(jì)算和柴油機(jī)臺(tái)架測(cè)試,給出確定硅油減振器扭振參數(shù)(當(dāng)量慣量、阻尼)的有效方法,能較好地驗(yàn)證柴油機(jī)和硅油減振器的扭振參數(shù)。

 

一、扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)

 

      目前在柴油機(jī)曲軸系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是橡膠阻尼式單級(jí)扭轉(zhuǎn)減振器,對(duì)于單級(jí)的減振器(只具有一個(gè)慣性質(zhì)量),已有較為成熟的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法 。 在柴油發(fā)電機(jī)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(dá)不到最 優(yōu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的最優(yōu)阻尼,但其制造工藝復(fù)雜,成本相對(duì)較高。為降低成本,在 柴油發(fā)電機(jī)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(chē)發(fā)動(dòng) 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,即多級(jí)動(dòng)力減振器,以提高國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的壽命和降低發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和 噪聲[8]。

      與柴油機(jī)曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相比較,汽油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相對(duì)較小,因而在柴油發(fā)電機(jī)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(jié)構(gòu)形式。隨著柴油發(fā)電機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)和高功率化,普通的單級(jí)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(dòng)機(jī)的曲軸系統(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)扭轉(zhuǎn)減振器。當(dāng)今在國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)中 應(yīng)用有較多的復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式的柴油機(jī)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(jié)構(gòu),有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的壽命和降低發(fā)動(dòng)機(jī) 的振動(dòng)和噪聲。

1、單級(jí)扭轉(zhuǎn)減振器

(1)采用慣性質(zhì)量同時(shí)兼做皮帶輪, 因此橡膠件同時(shí)承受扭轉(zhuǎn)和徑向方向的載荷。

(2)采用慣性質(zhì)量不作為傳動(dòng)件,橡膠件僅僅承受扭轉(zhuǎn)方向的動(dòng)載荷 ,其橡膠的疲勞壽命較第一種橡膠的疲勞壽命更容易滿足設(shè)計(jì)要求 。因此,在單級(jí)曲軸扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)中,應(yīng)優(yōu)先考慮圖這種結(jié)構(gòu)形式,如圖1所示。

2、多級(jí)并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器

(1)兩級(jí)并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器

      輪毅是扭轉(zhuǎn)減振器與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的連接件;鋼圈和帶輪為緊配合,合成為一個(gè)慣性環(huán),與橡膠件組成為一級(jí)扭轉(zhuǎn)減振器。摩擦環(huán)和為由特氟龍材料制成的部件,因此帶輪和輪毅之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。慣性環(huán)為另一慣性質(zhì)量,與橡膠件組成一個(gè)階扭轉(zhuǎn)減振器。橡膠件一側(cè)硫化在輪毅上,另一側(cè)則硫化在慣性質(zhì)量上。

(2)三級(jí)并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器

      輪毅為扭轉(zhuǎn)減振器與曲軸的連接件。橡膠件其中一側(cè)與輪毅硫化在一起,另外一側(cè)分別與慣性環(huán)、帶輪硫化在一起。摩擦環(huán)由特氟龍材料制成,因此摩擦環(huán)與帶輪(兼作慣性環(huán))之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。慣性環(huán)與橡膠件、帶輪與橡膠件、帶輪(兼作慣性環(huán)與橡膠件組成三級(jí)并聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器。

3、多級(jí)串聯(lián)式扭轉(zhuǎn)減振器

      輪毅為扭轉(zhuǎn)減振器和曲軸前端的連結(jié)件,慣性環(huán)和輪毅之間的連接為緊配合,兩者組成一慣性質(zhì)量。橡膠件的一側(cè)與輪毅硫化在一起,另一側(cè)與慣性環(huán)硫化在一起。橡膠件的一側(cè)與慣性環(huán)硫化在一起,另外一側(cè)與帶輪(兼慣性環(huán))硫化在一起。摩擦環(huán)是由特氟龍材料制成的鋼圈,因此帶輪和摩擦環(huán)之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。

4、硅油-橡膠復(fù)合式扭轉(zhuǎn)減振器

      輪毅與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連接,橡膠件的兩側(cè)分別與輪毅和帶輪(兼慣性環(huán))硫化在一起,帶輪與橡膠件一起組成一級(jí)橡膠阻尼式扭轉(zhuǎn)減振器。慣性環(huán)為硅油減振器慣性環(huán),它與的密封腔之間充滿硅油,硅油與慣性環(huán)組成一級(jí)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)和硅油阻尼式扭轉(zhuǎn)減振器為并聯(lián)的型式。因此稱(chēng)之為兩級(jí)并聯(lián)硅油-橡膠復(fù)合式扭轉(zhuǎn)減振器,結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5、彎扭復(fù)合式減振器

      輪毅為減振器與曲軸前端的連接件,輪毅與輪毅之間為緊配合,帶輪兼作慣性環(huán),與橡膠件一起組成一個(gè)扭轉(zhuǎn)減振器,慣性環(huán)與橡膠件組成彎曲減振器。

 

柴油機(jī)曲軸單級(jí)扭轉(zhuǎn)減振器平面示意圖.png圖1  柴油機(jī)曲軸單級(jí)扭轉(zhuǎn)減振器平面示意圖

扭轉(zhuǎn)減震器-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖2  硅油橡膠減震器系統(tǒng)剖面圖

 

二、扭轉(zhuǎn)減震器工作原理

 

      硅油減振器降低柴油機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的一種常用裝置,扭振減振器外殼和慣性環(huán)做成法蘭聯(lián)接的型式,可直接安裝在曲軸自由端,慣性環(huán)經(jīng)過(guò)青銅襯套繞轂自由轉(zhuǎn)動(dòng),在慣性環(huán)和外殼之間很小的間隙中充滿粘度很高、穩(wěn)定性強(qiáng)的硅油。但是在注入硅油進(jìn)行抽真空處理的過(guò)程中,會(huì)有空氣殘留,只要空氣量在規(guī)定的范圍內(nèi)就毫無(wú)影響。結(jié)構(gòu)組成和設(shè)計(jì)如圖3所示。

      本文以硅油減振器為例,來(lái)介紹其工作原理。

      首先,我們需要了解機(jī)械震動(dòng)的概念。對(duì)于自由的機(jī)械體,它有六個(gè)自由度,即三個(gè)平動(dòng)自由度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此,我們可以將機(jī)械運(yùn)動(dòng)分為震動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種類(lèi)型。

      我們通常所說(shuō)的機(jī)械震動(dòng)指的是平動(dòng),也稱(chēng)為線震動(dòng)。而減震器的作用是減少扭轉(zhuǎn)震動(dòng),也稱(chēng)為扭震。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,通過(guò)汽油的燃燒產(chǎn)生的爆炸力推動(dòng)活塞來(lái)回運(yùn)動(dòng)。然后,曲軸將往復(fù)慣性力轉(zhuǎn)化為扭矩,通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞出去。與線震動(dòng)不同,扭震主要是由旋轉(zhuǎn)部件受到交變扭矩引起的波動(dòng),通常所說(shuō)的扭矩是指一段時(shí)間內(nèi)的平均值。

      扭震會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)在齒輪嚙合點(diǎn)處磨損、敲擊、發(fā)動(dòng)機(jī)前端異響等不良后果,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致曲軸疲勞斷裂、螺栓松動(dòng)、齒輪齒斷裂、凸輪軸斷裂等嚴(yán)重故障。曲軸系統(tǒng)的固有頻率、負(fù)載和機(jī)力頻率接近時(shí),就會(huì)產(chǎn)生共振。

      為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有頻率,使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率遠(yuǎn)離曲軸系統(tǒng)的固有頻率,也就是所謂的調(diào)頻,曲軸系統(tǒng)通常會(huì)安裝減震器。常用的減震器包括橡膠減震器和硅油減震器。橡膠減震器由內(nèi)輪、外輪、橡膠圈三部分組成,它在發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率范圍內(nèi)的共振頻率會(huì)吸收扭震能量,通過(guò)散熱消耗。

      硅油減震器的工作原理是利用硅油的粘性和流動(dòng)性來(lái)減緩震動(dòng)的傳遞。硅油減震器的結(jié)構(gòu)主要由主體慣性環(huán)和堿膜顫套組成。慣性環(huán)可以自由旋轉(zhuǎn),堿膜顫套可以提供摩擦阻尼。

      硅油減震器的殼體通過(guò)緊固螺栓固定在曲軸前端,與曲軸系統(tǒng)一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)曲軸系統(tǒng)發(fā)生扭震時(shí),由于慣性轉(zhuǎn)動(dòng),硅油減震器的運(yùn)動(dòng)總是滯后于殼體的運(yùn)動(dòng),因此,硅油的粘性阻尼可以消耗震動(dòng)的能量,產(chǎn)生熱量,從而達(dá)到減弱曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)震動(dòng)的目的。

 

硅油減振器結(jié)構(gòu)圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖3  硅油減扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì)圖

1-環(huán)形殼體;2-摩擦環(huán); 3-慣性環(huán); 4-密封墊圈;5-儲(chǔ)油槽

 

Ro—減振器慣性環(huán)外徑,mm;

Ri—減振器慣性環(huán)內(nèi)徑,mm;

δ—減振器慣性環(huán)與殼體之間的間隙,mm;

L—減振器慣性環(huán)厚度,mm;

h—殼體厚度,mm。

      減振器的殼體、慣性環(huán)可用鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼制造,殼體亦可以用鋼板制造。所用材料的理化性能應(yīng)符合康明斯《材料與焊接規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定,且其抗拉強(qiáng)度Rm應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1    柴油機(jī)扭轉(zhuǎn)減震器材料參數(shù)

鋼種
抗拉強(qiáng)度Rm(N/mm2
鑄鐵
>200
鑄鋼
>400
鍛鋼、鋼板
400~600

 

三、扭轉(zhuǎn)減震器的作用與特點(diǎn)

 

1、減震作用

      柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,外殼隨曲軸一起轉(zhuǎn)動(dòng),由于慣性環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,在扭振過(guò)程中它比殼體的運(yùn)動(dòng)要滯后一些,因此慣性環(huán)與外殼之間便存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),此時(shí),間隙中的硅油的阻尼就會(huì)消耗能量,對(duì)柴油機(jī)的曲軸起到減振作用。

2、降低震動(dòng)

      硅油減震器殼體中心為套入發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的通孔,殼體四周與蓋板形成一圈空腔,所述空腔內(nèi)容納慣性塊,軸承帶把慣性塊與硅油減震器殼體軸向隔開(kāi)。能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng),結(jié)構(gòu)緊湊,減小安裝體積,安裝方便。

3、降低重量

      在慣性塊與硅油減震器殼體之間的間隙注有硅油,通過(guò)蓋板將慣性塊、軸承帶、硅油密封在硅油減震器殼體內(nèi),在硅油減震器殼體兩側(cè)焊接有散熱片。增加散熱片既起到散熱作用,又有裝飾效果,同時(shí)能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量,減少零件數(shù)量,降低生產(chǎn)管理成本。

4、減輕扭振

      當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),減振器殼體與曲軸一起旋轉(zhuǎn)、一起振動(dòng),慣性質(zhì)量則被硅油的粘性摩擦阻尼和襯套的摩擦力所帶動(dòng)。由于慣性質(zhì)量相當(dāng)大,因此它近似作勻速轉(zhuǎn)動(dòng),于是在慣性質(zhì)量與減振器殼體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)。曲軸的振動(dòng)能量被硅油的內(nèi)摩擦阻尼吸收,使扭振消除或減輕。

 

四、硅油減震器特點(diǎn)及零件圖

 

      硅油減震器特點(diǎn)如下:

(1)大質(zhì)量的飛輪的慣性作用使曲軸的輸出端角速度不能突變,因此可以認(rèn)為曲軸輸出端的扭角為0,即飛輪上沒(méi)有扭轉(zhuǎn)振動(dòng),這有利于延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器壽命和減小傳動(dòng)齒輪的磨損及噪音。

(2)曲軸的飛輪端相當(dāng)于扭振的固定端,曲軸的尾端是扭振的自由端。硅油扭振減震器內(nèi)部的大質(zhì)量慣性體因角速度不能突變與曲軸直接連接的外殼通過(guò)硅油發(fā)生高頻率擺動(dòng)摩擦,硅油的粘性阻尼吸收了扭振能量轉(zhuǎn)換為熱量,抑制了共振現(xiàn)象,控制扭角在安全范圍以?xún)?nèi)。

(3)硅油減震器的減震效果靠硅油的粘性和慣性體質(zhì)量保證。慣性體質(zhì)量是不變的,但硅油的溫度直接影響其粘度大小,溫度升高粘度下降。因此保證減震器良好散熱,把工作溫度控制在減震器設(shè)計(jì)溫度內(nèi)(環(huán)境溫度<工作溫度<80℃之間)才是最佳狀態(tài)。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)硅油減振器零件圖-康明斯柴油發(fā)電機(jī)組.png

 

級(jí)別
LV
零件號(hào)
Part Number
圖上標(biāo)號(hào)
Ref No
零件名稱(chēng)Part Name
數(shù)量
Req
中文
英文
02
02
02
03
03
03
03
217322
3203694
MP45209
205059
206881
210028
S608
1
6

3
4
2
5
硅油減振器
曲軸皮帶輪
減振器安裝
平墊圈
十二角螺栓
十二角螺栓
彈簧墊圈
DAMPER,VIBRATION PULLEY,CRANKSHAFT
DAMPER,VIBRATION MTG WASHER,CYLINDER SCREW,TWELVE POINT SCREW,TWELVE POINT WASHER,LOCK
2
1
1
6
6
6
6

 

總結(jié):

       總的來(lái)說(shuō),硅油減震器是一種簡(jiǎn)單、可靠的減震器,它的工作原理基于硅油的黏性和流動(dòng)性。雖然它存在一些缺點(diǎn),但在實(shí)際應(yīng)用中,硅油減震器仍然是一種非常有效的減震器,可以幫助我們減少震動(dòng)和噪音,提高設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。在硅油減振器的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,慣性環(huán)和殼體之間的配合間隙經(jīng)常出現(xiàn)變化,這個(gè)變化范圍有可能超出圖紙的要求.由于硅油減振器生產(chǎn)成本較高,為了節(jié)約成本并能有效指導(dǎo)生產(chǎn),可從硅油減振器設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面人手,看間隙變化對(duì)硅油減振器的有效慣量、有效阻尼以及對(duì)柴油機(jī)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算方面的影響,從而減少對(duì)硅油減振器的影響。

 

 


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