汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸縱向振動(dòng)的研究

趙勇

摘要：在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，柔韌性和周期性的轉(zhuǎn)矩對發(fā)動(dòng)機(jī)軸的時(shí)刻有曲軸的作用扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。軸系扭振能承受交變應(yīng)力，但疲勞的積累就會造成曲軸的突然斷裂。再加上較低的固有頻率扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，容易引起共鳴，進(jìn)而引起大的噪音，它的其他部分磨損加劇，甚至可能發(fā)生再次斷裂等嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸事故。安裝曲軸扭振減振器是曲軸扭振控制的主要措施，通過對發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭振分析，采用合理有效的方式來設(shè)計(jì)配套曲軸扭振減振器具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；交變應(yīng)力；共振；疲勞磨損

引言

隨著近些年來，人們生活水平的不斷提高，人均汽車擁有量也不斷提升。同時(shí)人們對于汽車的舒適性也提出了較高的要求，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸縱向振動(dòng)是最影響汽車綜合性能的因素，因此通過降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸縱向振動(dòng)，可以延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向振動(dòng)一般非為兩類，一類是由于動(dòng)平衡失調(diào)帶來的脈動(dòng)循環(huán)，產(chǎn)生循環(huán)往復(fù)的慣性力和慣性力矩，引起發(fā)動(dòng)機(jī)整體的振動(dòng)。另一類是發(fā)動(dòng)機(jī)本身在不同工況下工作時(shí)，由于力和力矩的波動(dòng)所帶來的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。因此改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)水平具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.研究背景和意義

汽車在人們生活中扮演著重要的角色，豐富了人們的生活，方便了人們的出行。但是汽車卻容易因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)曲軸縱向振動(dòng)而產(chǎn)生一些列問題，因此研究發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸縱向振動(dòng)具有普遍的現(xiàn)實(shí)意義。經(jīng)過該軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)引起的交變應(yīng)力，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中并造成疲勞的積累過程中，最終將建立一軸或多軸系組件聯(lián)系的突然中斷，這突如其來的意外扭轉(zhuǎn)振動(dòng)也使事故的后果已經(jīng)嚴(yán)重，往往損失慘重。此外，由于較長的曲柄軸的扭轉(zhuǎn)剛度較小時(shí)，一個(gè)大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)容易激發(fā)的激勵(lì)頻率范圍的扭矩的固有頻率范圍內(nèi)，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，所以這是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)放大，從而引起較大的的噪音，曲軸斷裂的其它部分磨損增大將導(dǎo)致再次出現(xiàn)事故和嚴(yán)重的發(fā)動(dòng)機(jī)損壞問題。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)，不僅影響其自身的動(dòng)作，將被傳遞到傳動(dòng)離合器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋，影響其工作壽命，甚至導(dǎo)致各種失效模式?？梢?，軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是影響該軸的安全運(yùn)行的一個(gè)重要問題，因此軸系扭振的研究具有重要的意義。

2.產(chǎn)生汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸縱向振動(dòng)的原因

所有的曲軸和旋轉(zhuǎn)機(jī)械都會產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)的產(chǎn)生是無法避免的，也不是曲軸本身的問題：經(jīng)設(shè)計(jì)者（以及電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者）設(shè)計(jì)的泵能承受正常限度內(nèi)的振動(dòng)。這些振動(dòng)限度隨泵的類型、安裝配置、供電要求、旋轉(zhuǎn)速度以及泵送的液體等的差異而發(fā)生變化。汽車協(xié)會出版了美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）所采用的一整套標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容涵蓋了振動(dòng)動(dòng)力學(xué)、測量標(biāo)準(zhǔn)以及允許限度。該標(biāo)準(zhǔn)為ANSI/HI 9.6.4。確立基準(zhǔn)參考值、確定限度以及將振動(dòng)測量值并入預(yù)防性維修計(jì)劃等，通常將在振動(dòng)引起重大故障或其他無法預(yù)知的后果之前保證泵的正常務(wù)。但是振動(dòng)本身并不是"根本性問題"：振動(dòng)由泵內(nèi)部或系統(tǒng)內(nèi)部的某個(gè)部件引起。由上述任一類原因引起的振動(dòng)通常將導(dǎo)致其加劇達(dá)到一個(gè)將導(dǎo)致另一原因下出現(xiàn)故障的水平。

軸系設(shè)計(jì)計(jì)算、檢查計(jì)算以及事故分析和安全軸運(yùn)行具有十分重要的的現(xiàn)實(shí)意義。完善可能造成后果的最直接和最有效的方法是以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)水平，使經(jīng)過潤滑發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng) 更順暢，工作更加平穩(wěn)。例如使用一個(gè)合理的多缸布局和依次順序排布，以保證動(dòng)平衡。 然而，由于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的工作不是完全固定的，從并且使得只用一個(gè)曲軸來盡可能地減小從發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)點(diǎn)這個(gè)工作是不穩(wěn)定的，可能通過這種不均勻帶來了震動(dòng)。造成的風(fēng)險(xiǎn)是由于生成的發(fā)動(dòng)機(jī)軸扭振其主要是共振和其它傳動(dòng)部件扭轉(zhuǎn)振動(dòng)傳遞和放大等造成的，因此，有針對性的措施，是為了避免總振動(dòng)，消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)隔離。避免共振方法是盡量避免發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的操作速度和曲軸的扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速振動(dòng)相吻合。安裝在曲軸的扭轉(zhuǎn)阻尼器是是主要措施以消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及隔離共振頻率。因此在利用設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭振減振器合理采用有效的方法，具有十分重要的意義。

3.解決汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸縱向振動(dòng)的措施

為了平衡曲柄連桿機(jī)構(gòu)因作功間隔大而產(chǎn)生的慣性力，設(shè)置了雙平衡裝置。要求裝配時(shí)，必須嚴(yán)格保證正時(shí)齒輪和平衡曲軸齒輪的所有記號一一對準(zhǔn)。只有這樣才能使發(fā)動(dòng)機(jī)慣性力平衡。保證發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力失衡導(dǎo)致雙平衡軸不起平衡作用，引起了發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。

找I缸的壓縮上止點(diǎn)：將正時(shí)螺栓插入飛輪殼上的孔中，壓向飛輪。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，直到正時(shí)螺栓插入飛輪上的孔中，壓向飛輪。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，直到正時(shí)螺栓插入飛輪上的孔中，停止轉(zhuǎn)動(dòng)。卸下氣門罩蓋，查看I缸的兩個(gè)氣門，如果I缸活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)位置，則兩個(gè)氣門都應(yīng)該關(guān)閉，此時(shí)用手可以上下扳動(dòng)搖臂。如果扳不動(dòng)搖臂，則從飛輪上卸下正時(shí)螺栓，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸3600。并裝上正時(shí)螺栓，此時(shí)為I缸壓縮行程的上止點(diǎn)（如果正時(shí)螺栓插入飛輪后，卸下高壓油泵的正時(shí)蓋，能夠?qū)⒄龝r(shí)銷插入噴油泵凸輪槽中，也可以斷定此時(shí)I缸處于壓縮行程的上止點(diǎn)）。

在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱的底部，中間一道大瓦的兩邊各有一螺栓孔，用手轉(zhuǎn)動(dòng)平衡軸，當(dāng)軸上的凹面部分對準(zhǔn)螺栓孔時(shí)就擰入螺栓，以抵住平衡軸的凹面，使平衡軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)。將曲軸、平衡軸都定位后，再裝上機(jī)油泵，無需對正記號。最后，拆掉使平衡軸定位的螺栓即可。

4.結(jié)語

曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是最有害的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的連續(xù)軸或軸系統(tǒng)上的零部件突然斷裂將導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)械事故。此外，由于較低的軸振動(dòng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)本身的固有頻率，容易產(chǎn)生共振，從而使動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)被放大，引起更大的的噪聲。因此，軸系縱向振動(dòng)問題是影響軸的安全運(yùn)行的重要問題，對研究軸系扭振的研究具有非常重要的使用價(jià)值。

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