內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)的原因和處理探討

譚小磊

（中石油蘭州石化分公司化工儲(chǔ)運(yùn)中心，甘肅 蘭州 730060）

內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)車的性能和可靠性。機(jī)械振動(dòng)可能導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的損壞、噪聲污染以及行駛不平穩(wěn)等問題。因此，了解機(jī)械振動(dòng)的原因并尋找相應(yīng)的處理方法對(duì)于提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和可靠性至關(guān)重要。

1 減少內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)的作用

（1）提高傳動(dòng)效率。機(jī)械振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致能量損耗和能源浪費(fèi)。例如，在不平衡質(zhì)量或偏心問題引起的振動(dòng)情況下，傳動(dòng)系統(tǒng)中的軸承和齒輪可能會(huì)經(jīng)歷額外的摩擦和阻力，從而降低傳動(dòng)效率。通過減少振動(dòng)，降低軸承和齒輪的額外負(fù)荷，可以實(shí)現(xiàn)更高的傳動(dòng)效率，并提高燃油利用率。（2）增強(qiáng)傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。機(jī)械振動(dòng)會(huì)引起零部件的疲勞和損壞。例如，振動(dòng)可能導(dǎo)致軸承的過早磨損和斷裂，齒輪的脫齒以及連接件的松動(dòng)等問題。減少振動(dòng)可以降低零部件的應(yīng)力和磨損程度，延長部件的使用壽命，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。（3）改善駕駛舒適度。機(jī)械振動(dòng)會(huì)通過車輛底盤傳導(dǎo)到到車體及駕駛室，給機(jī)車司機(jī)帶來不舒適的感受。尤其是在柴油機(jī)工礦變化大、輸出不穩(wěn)定的情況下，振動(dòng)會(huì)引起駕駛室震動(dòng)感。減少振動(dòng)可以降低車輛的振動(dòng)傳遞，提供更平滑的行駛體驗(yàn)，改善駕駛舒適度。（4）降低噪音污染：機(jī)械振動(dòng)常常伴隨噪音的產(chǎn)生，對(duì)周圍環(huán)境和機(jī)車駕駛造成干擾和不適。振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)中的零部件相互碰撞、摩擦和共振，進(jìn)而產(chǎn)生噪音。通過減少振動(dòng)，可以降低這些噪音源，減少車輛的噪音污染，提升整體的環(huán)境友好性。（5）提高行駛穩(wěn)定性：機(jī)械振動(dòng)會(huì)影響車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性能。通過減少振動(dòng)，可以提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性，增強(qiáng)車輛的行駛穩(wěn)定性，使駕駛員能夠更好地控制車輛。

減少內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)對(duì)于提高傳動(dòng)效率、增強(qiáng)可靠性、改善駕駛舒適度、降低噪音污染和提高行駛穩(wěn)定性都是至關(guān)重要的。這些方面的改進(jìn)將直接影響內(nèi)燃機(jī)車的性能，并在整個(gè)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

2 內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的常見原因

2.1 不平衡質(zhì)量

（1）零部件質(zhì)量不均勻。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸由多個(gè)零部件組成，包括齒輪、軸承、傳動(dòng)帶等。如果這些零部件在制造過程中存在質(zhì)量不均勻的問題，如材料分布不均、尺寸偏差過大等，就會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)軸的不平衡質(zhì)量。（2）加工誤差。在傳動(dòng)軸的制造過程中，加工誤差也可能導(dǎo)致不平衡質(zhì)量。例如，在車削或磨削傳動(dòng)軸時(shí)，由于工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、加工刀具磨損或操作不準(zhǔn)確等原因，可能導(dǎo)致傳動(dòng)軸的質(zhì)量分布不均勻。（3）裝配不當(dāng)。如果在組裝傳動(dòng)軸時(shí)沒有按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行正確的配重和校正，就會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)軸的不平衡質(zhì)量。例如，未能正確安裝平衡塊或配重片，或者未能調(diào)整各零部件的位置和配重使其達(dá)到平衡狀態(tài)。（4）損耗與磨損。隨著傳動(dòng)軸的使用，零部件會(huì)經(jīng)歷磨損和損耗，這可能導(dǎo)致不平衡質(zhì)量。例如，軸承由于長時(shí)間的摩擦和疲勞可能出現(xiàn)局部磨損，導(dǎo)致傳動(dòng)軸的質(zhì)量分布不均勻。（5）零部件更換不匹配。當(dāng)需要更換傳動(dòng)軸上的某個(gè)零部件時(shí)，如齒輪或軸承，如果新安裝的零部件與原有的零部件不匹配，可能會(huì)引起傳動(dòng)軸的不平衡質(zhì)量。因此，在更換零部件時(shí)，應(yīng)確保其與原有零部件的質(zhì)量和重量相匹配。

2.2 軸承故障

（1）疲勞。長時(shí)間運(yùn)行或頻繁啟動(dòng)和停止會(huì)導(dǎo)致軸承疲勞，從而引發(fā)故障。疲勞通常表現(xiàn)為軸承滾珠或滾道的裂紋、斷裂或剝落。（2）磨損。軸承在運(yùn)行過程中會(huì)受到摩擦和磨損的影響。磨損可能由于不良潤滑、灰塵和污垢進(jìn)入軸承、使用壽命過長等原因引起。磨損會(huì)導(dǎo)致軸承間隙增加，減少軸承的承載能力和精度，從而引起振動(dòng)。（3）過熱。軸承在運(yùn)行時(shí)如果未能得到適當(dāng)?shù)睦鋮s和潤滑，就可能過熱。過熱會(huì)導(dǎo)致軸承材料膨脹、潤滑劑失效，進(jìn)而引發(fā)軸承故障和振動(dòng)。（4）腐蝕和氧化。環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)和濕度可能導(dǎo)致軸承表面的腐蝕和氧化，損壞軸承的平滑表面。這將增加摩擦和磨損，并導(dǎo)致振動(dòng)。（5）不良潤滑。軸承需要適當(dāng)?shù)臐櫥詼p少摩擦和磨損。如果潤滑劑不足、污染或選擇不當(dāng)，都會(huì)影響軸承的正常運(yùn)行，導(dǎo)致振動(dòng)問題。（6）安裝錯(cuò)誤。錯(cuò)誤的軸承安裝也可能導(dǎo)致振動(dòng)。例如，過緊的安裝可能導(dǎo)致預(yù)載力過大，而過松的安裝則可能導(dǎo)致間隙過大，都會(huì)影響軸承的正常運(yùn)行并引起振動(dòng)。

2.3 材料疲勞

（1）循環(huán)載荷。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸在運(yùn)行過程中承受循環(huán)載荷，例如，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。這些循環(huán)載荷會(huì)導(dǎo)致軸材料在應(yīng)力集中的區(qū)域發(fā)生周期性彎曲和拉伸，從而逐漸引發(fā)疲勞裂紋。（2）應(yīng)力集中。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸上的零部件（如齒輪、聯(lián)軸器等）的裝配和運(yùn)行過程中可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中。例如，在軸上存在凹槽、孔洞或切口等缺陷，或者由于零部件的不良安裝導(dǎo)致局部應(yīng)力集中。這些應(yīng)力集中區(qū)域容易成為裂紋的起始點(diǎn)，最終導(dǎo)致疲勞斷裂和振動(dòng)問題。（3）材料缺陷。軸材料本身可能存在缺陷，例如，夾雜物、氣孔、裂紋等。這些缺陷會(huì)在應(yīng)力加載下成為疲勞斷裂的起始點(diǎn)。材料質(zhì)量不良、制造過程中的缺陷或使用中的損傷都可能導(dǎo)致材料疲勞。（4）高溫影響。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，傳動(dòng)軸可能會(huì)暴露在高溫環(huán)境中。高溫會(huì)引發(fā)材料的晶粒長大和相變，使材料變得脆化，從而增加疲勞開裂的風(fēng)險(xiǎn)。（5）彎曲和扭轉(zhuǎn)。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸在運(yùn)行時(shí)會(huì)受到扭轉(zhuǎn)和彎曲力的影響。這些力會(huì)在軸上產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)變，引發(fā)疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展。

3 內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)的處理策略

3.1 動(dòng)平衡技術(shù)

（1）理解動(dòng)平衡原理。動(dòng)平衡是一種通過調(diào)整物體的質(zhì)量分布，使其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生振動(dòng)的方法。它基于質(zhì)量與距離的平衡原理，即對(duì)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，如果所有質(zhì)量元素在平衡位置上的合力和合力矩均為零，則該系統(tǒng)將保持平衡。（2）檢測振動(dòng)。首先，需要檢測內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動(dòng)軸的振動(dòng)情況，以了解振動(dòng)的頻率、幅度和相位等參數(shù)。這可以通過振動(dòng)傳感器和相關(guān)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄。（3）動(dòng)平衡測試。使用專業(yè)的動(dòng)平衡設(shè)備對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行動(dòng)平衡測試。這通常涉及將傳動(dòng)軸安裝到動(dòng)平衡機(jī)上，并在不同位置上測量和記錄振動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以確定需要調(diào)整的質(zhì)量和位置。（4）質(zhì)量調(diào)整。根據(jù)動(dòng)平衡測試結(jié)果，確定在傳動(dòng)軸上需要增加或減少質(zhì)量的位置。這可以使用配重塊或移除一部分材料來實(shí)現(xiàn)。將質(zhì)量調(diào)整物體安裝在合適的位置上，以達(dá)到平衡。（5）重新測試和校準(zhǔn)。完成質(zhì)量調(diào)整后，再次進(jìn)行動(dòng)平衡測試，以驗(yàn)證振動(dòng)水平是否得到了降低。如果仍然存在振動(dòng)問題，則需要進(jìn)一步調(diào)整或重新校準(zhǔn)質(zhì)量分布。（6）定期維護(hù)和監(jiān)測。一旦傳動(dòng)軸經(jīng)過動(dòng)平衡處理，建議進(jìn)行定期維護(hù)和監(jiān)測，以確保振動(dòng)問題得到長期解決。定期檢查傳動(dòng)軸的狀態(tài)，并在必要時(shí)進(jìn)行再平衡操作，以應(yīng)對(duì)因磨損、松動(dòng)或其他因素可能引起的新的振動(dòng)問題。

動(dòng)平衡技術(shù)是一種有效的方法，可以顯著減少傳動(dòng)軸產(chǎn)生的振動(dòng)。它可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性、降低噪音和振動(dòng)水平，延長傳動(dòng)軸的使用壽命，并提高整體系統(tǒng)的性能和可靠性。

3.2 軸承維護(hù)替換

（1）檢查軸承。首先，需要對(duì)傳動(dòng)軸上的軸承進(jìn)行檢查，包括外觀、運(yùn)行溫度和噪音等方面。檢查是否存在異常磨損、裂紋、松動(dòng)或過度磨損等問題。（2）清潔軸承。如果發(fā)現(xiàn)軸承存在污垢或潤滑油變質(zhì)的情況，應(yīng)先將其清潔。使用適當(dāng)?shù)那鍧崉┖凸ぞ?，徹底清除軸承表面的污垢，并確保軸承干燥完全。（3）潤滑軸承。清潔后，應(yīng)根據(jù)制造商的建議重新潤滑軸承。選擇適當(dāng)?shù)臐櫥驖櫥?，并按照?guī)定的潤滑量添加到軸承中。確保潤滑劑充分潤滑軸承，并避免過量潤滑。（4）替換損壞的軸承。如果軸承出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、裂紋或其他損壞情況，應(yīng)及時(shí)替換。軸承替換前，需要確認(rèn)新軸承與原型號(hào)和尺寸相匹配。使用專業(yè)工具將受損的軸承拆下，并安裝新軸承。在安裝過程中，確保正確對(duì)位、密封和潤滑。（5）軸承運(yùn)行監(jiān)測。在進(jìn)行軸承維護(hù)和替換后，應(yīng)進(jìn)行軸承的運(yùn)行監(jiān)測。通過振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測軸承的運(yùn)行狀態(tài)。如果出現(xiàn)異常振動(dòng)、升溫或噪音等問題，需要進(jìn)一步檢查并采取適當(dāng)措施。

3.3 材料改進(jìn)

在處理內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳統(tǒng)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)時(shí)，進(jìn)行材料改進(jìn)是一個(gè)重要的策略，可以提高傳動(dòng)軸的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，從而減少振動(dòng)問題。

（1）分析振動(dòng)原因。首先，需要分析傳動(dòng)軸產(chǎn)生振動(dòng)的原因?？赡艿脑虬ㄘ?fù)載過大、材料不足或疲勞等。通過仔細(xì)檢查和分析，確定引起振動(dòng)的主要因素。（2）材料選擇。根據(jù)振動(dòng)原因和傳動(dòng)軸的工作條件，選擇合適的材料來改進(jìn)傳動(dòng)軸的性能。常用的傳動(dòng)軸材料包括優(yōu)質(zhì)鋼、鋁合金和鈦合金等?？紤]材料的強(qiáng)度、硬度、剛度和耐磨性等特性。（3）強(qiáng)化處理。選擇合適的材料后，可以考慮對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行強(qiáng)化處理，以提高其力學(xué)性能。常見的強(qiáng)化處理方法包括熱處理（如淬火、回火）和表面處理（如噴丸、鍍層）。這些處理方法可以增加傳動(dòng)軸的硬度、強(qiáng)度和疲勞壽命。（4）模擬分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件進(jìn)行模擬分析，對(duì)改進(jìn)后的傳動(dòng)軸進(jìn)行性能評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過模擬分析，可以預(yù)測和優(yōu)化傳動(dòng)軸在實(shí)際工況下的振動(dòng)特性，并確定最佳的材料和幾何參數(shù)。（5）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)行改進(jìn)后傳動(dòng)軸的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。使用適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)設(shè)備和測試方法，對(duì)改進(jìn)后的傳動(dòng)軸進(jìn)行振動(dòng)、強(qiáng)度和耐磨性等方面的測試。與原傳動(dòng)軸進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估改進(jìn)效果，并進(jìn)行必要的調(diào)整和再優(yōu)化。（6）定期維護(hù)和監(jiān)測。一旦改進(jìn)后的傳動(dòng)軸投入使用，建議進(jìn)行定期維護(hù)和監(jiān)測，以確保其性能和穩(wěn)定性。定期檢查傳動(dòng)軸的狀態(tài)，包括表面磨損、裂紋和松動(dòng)等情況，并根據(jù)需要進(jìn)行維護(hù)和替換。

3.4 減少外界擾動(dòng)

在處理內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳統(tǒng)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)時(shí)，減少外界擾動(dòng)是一個(gè)重要的策略，可以有效降低振動(dòng)問題。

（1）振動(dòng)隔離。采用振動(dòng)隔離措施可以減少外界擾動(dòng)對(duì)傳動(dòng)軸的影響。振動(dòng)隔離通常通過安裝彈性元件（如橡膠墊、彈簧等）來實(shí)現(xiàn)，這樣可以將外界振動(dòng)與傳動(dòng)軸分離開來，減小傳遞到傳動(dòng)軸上的振動(dòng)能量。（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化。進(jìn)行傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減少外界擾動(dòng)對(duì)傳動(dòng)軸的傳遞?？紤]傳動(dòng)軸的剛度、幾何形狀和支撐方式等因素，合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)，降低受到外界振動(dòng)的敏感度。（3）高效密封。保持傳動(dòng)軸的密封性能，防止外界污染物和濕氣進(jìn)入傳動(dòng)軸內(nèi)部，造成振動(dòng)增加。使用高效的密封件和密封材料，確保傳動(dòng)系統(tǒng)的良好密封，減少外界環(huán)境對(duì)傳動(dòng)軸的干擾。（4）優(yōu)化安裝。正確安裝傳動(dòng)軸和相關(guān)部件，確保傳動(dòng)軸與其他組件之間的配合良好。使用適當(dāng)?shù)木o固和校準(zhǔn)方法，避免傳動(dòng)軸在工作過程中發(fā)生偏移、松動(dòng)或失調(diào)，減少外界擾動(dòng)的影響。（5）振動(dòng)控制系統(tǒng)。引入振動(dòng)控制系統(tǒng)可以監(jiān)測和控制傳動(dòng)軸的振動(dòng)情況。通過振動(dòng)傳感器和反饋控制算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測傳動(dòng)軸的振動(dòng)信號(hào)，然后采取相應(yīng)的控制手段來減小振動(dòng)幅值，降低外界擾動(dòng)的影響。（6）環(huán)境隔離。在需要進(jìn)行精密操作的場合，可以考慮將傳動(dòng)軸所在的工作區(qū)域進(jìn)行環(huán)境隔離。例如，在維修車間設(shè)置隔音隔震設(shè)施，減少傳動(dòng)軸受到周圍環(huán)境振動(dòng)的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)的深入探討，可以發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的多種原因，包括不平衡質(zhì)量、軸承故障、材料疲勞等。針對(duì)這些原因，可以采取一系列的處理措施，如動(dòng)平衡技術(shù)、軸承維護(hù)和替換、材料改進(jìn)等來降低機(jī)械振動(dòng)。通過合理的設(shè)計(jì)和有效的維護(hù)，可以顯著減少內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動(dòng)軸的振動(dòng)，提高車輛的運(yùn)行效果和駕駛舒適度。未來的研究可以進(jìn)一步探索新的技術(shù)和方法，以更好地解決內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動(dòng)軸機(jī)械振動(dòng)的問題。例如，使用先進(jìn)的材料和制造工藝來提高傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，開發(fā)智能監(jiān)測系統(tǒng)以實(shí)時(shí)監(jiān)測傳動(dòng)軸的狀態(tài)，并采用主動(dòng)控制方法來減少振動(dòng)等。這些努力將有助于改善內(nèi)燃機(jī)車的性能和可靠性，推動(dòng)整個(gè)鐵路運(yùn)輸行業(yè)向更高水平發(fā)展。