專利名稱：車用發(fā)動(dòng)機(jī)軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)減振降噪的技術(shù)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)在工作中曲軸不但承受氣體壓力和慣性力的作用，而且要將各曲拐上的扭矩輸出以驅(qū)動(dòng)其它機(jī)械部件旋轉(zhuǎn)做功。因此曲軸除了要承受扭轉(zhuǎn)力矩外同時(shí)還要承受彎曲力的作用。由于曲軸及曲柄連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作特性，在上述激勵(lì)力的作用下，導(dǎo)致曲軸的振動(dòng)形式是扭振、彎曲振動(dòng)及縱向振動(dòng)的結(jié)合。在內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)中，曲軸安裝在機(jī)體下方的裙部位置，由主軸承固定曲軸的主軸頸部位。曲軸的多形式振動(dòng)會(huì)通過主軸承耦合機(jī)體裙部的振動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)體振動(dòng)并輻射噪聲。實(shí)驗(yàn)證明內(nèi)燃機(jī)軸系振動(dòng)是引發(fā)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力裝置振動(dòng)與噪聲的主要激勵(lì)源。在近幾十年內(nèi)燃機(jī)軸系扭振減振系統(tǒng)的研究得到了巨大的發(fā)展，也取得了一些重要成果。按減振原理可以分為彈性減振器、阻尼減振器、阻尼彈性減振器。按所用的材料可以分為硅油減振器、橡膠減振器、蓋斯林格減振器等。在中小功率車用發(fā)動(dòng)機(jī)中目前普遍使用的是橡膠減振器，其結(jié)構(gòu)如圖1。橡膠減振器的結(jié)構(gòu)是將減振器通過曲軸聯(lián)接軸孔4安裝在曲軸上，減振器的內(nèi)轂3隨曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其外轂1(慣性質(zhì)量)通過橡膠層2與內(nèi)轂3聯(lián)結(jié)并隨曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)曲軸在激勵(lì)力作用下產(chǎn)生扭振時(shí)，外轂1由于其慣性的作用，保持原有的轉(zhuǎn)速，將在外轂1和內(nèi)轂3之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過橡膠層2的阻尼作用，來消耗振動(dòng)能量，達(dá)到減小曲軸扭振幅值的目的。這類減振器的設(shè)計(jì)主要以減小曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)為目的，而不能對(duì)曲軸的彎曲振動(dòng)和縱向振動(dòng)進(jìn)行有效的抑制。這種傳統(tǒng)的扭振減振器的基本原理如圖3的模型所示，都是一個(gè)單扭擺系統(tǒng)，它是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)曲軸系統(tǒng)的扭振模型設(shè)計(jì)減振器的慣量、阻尼系數(shù)以及橡膠剛度。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述減振器減振方向單一的缺點(diǎn)以及難以解決的兼顧多維減振作用的減振器設(shè)計(jì)中參數(shù)優(yōu)化問題，本發(fā)明的目的是提出一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的軸系三維振動(dòng)(扭振、彎曲振動(dòng)、縱向振動(dòng))復(fù)合減振器，可以將內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)以及噪聲減至減小。
本發(fā)明可以通過以下三個(gè)技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)(結(jié)合附圖2～6)。車用發(fā)動(dòng)機(jī)軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器三種方案的主要技術(shù)特征均是由扭振減振器和縱向、彎曲減振器兩部分組成。
第一種方案為在扭振外轂1與扭振內(nèi)轂3之間嵌套扭振橡膠層2，即由扭振外轂1、扭振橡膠層2以及扭振內(nèi)轂3構(gòu)成扭振減振器?？v彎慣性塊5通過縱彎橡膠層6與縱彎內(nèi)轂7聯(lián)接，即由縱彎慣性塊5、縱彎橡膠層6以及縱彎內(nèi)轂7構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器。通過螺栓8與扭振內(nèi)轂3聯(lián)接將扭振減振器和縱向、彎曲振動(dòng)減振器組成復(fù)合減振器?？v彎內(nèi)轂7通過聯(lián)接軸孔4與內(nèi)燃機(jī)的曲軸直接相連。
第二種方案為在扭振外轂1與扭振內(nèi)轂3之間嵌套扭振橡膠層2，由扭振外轂1、扭振橡膠層2以及扭振內(nèi)轂3構(gòu)成扭振減振器。縱彎慣性塊5置于扭振內(nèi)轂3的空腔內(nèi)，其左端貼緊縱彎橡膠層6，最外側(cè)用密封環(huán)9密封。由密封環(huán)9、縱彎橡膠層6、扭振內(nèi)轂3、以及縱彎慣性塊5構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器。扭振內(nèi)轂3通過聯(lián)接軸孔4與內(nèi)燃機(jī)的曲軸直接相連。
第三種方案為在于在扭振外轂1與扭振內(nèi)轂3之間嵌套扭振橡膠層2，由扭振外轂1、扭振橡膠層2以及扭振內(nèi)轂3構(gòu)成扭振減振器，縱彎慣性塊5置于扭振內(nèi)轂3的空腔內(nèi)，縱彎橡膠層6置于扭振內(nèi)轂3與縱彎慣性塊5之間，由縱彎橡膠層6、扭振內(nèi)轂3以及縱彎慣性塊5構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器，扭振內(nèi)轂3通過聯(lián)接軸孔4與內(nèi)燃機(jī)的曲軸直接相連。
當(dāng)曲軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、縱向和彎曲振動(dòng)時(shí)，扭振減振器對(duì)曲軸起到了扭振的減振作用，而當(dāng)曲軸發(fā)生縱向和彎曲振動(dòng)時(shí)，縱彎內(nèi)轂7隨曲軸產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)，由于橡膠有彈性作用，所以縱彎慣性塊5與縱彎橡膠層6組成了一個(gè)質(zhì)量彈性系統(tǒng)，其彎曲方向和縱向方向形成一個(gè)彈性調(diào)頻的減振作用，并且由于橡膠的阻尼作用，也能夠消耗彎曲和縱向振動(dòng)的能量，達(dá)到彈性減振和阻尼減振的目的。
本發(fā)明提出的軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器其基本的減振和設(shè)計(jì)原理與傳統(tǒng)的扭振減振器有著本質(zhì)上的不同。傳統(tǒng)的扭振減振器的基本原理如圖3的模型所示，它是一個(gè)單扭擺系統(tǒng)。扭振減振器的外轂簡(jiǎn)化為慣量Id，橡膠的柔度和阻尼簡(jiǎn)化為ed和cd，而根據(jù)所需減振的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的振型，節(jié)點(diǎn)之前的慣量和扭振減振器的內(nèi)轂的慣量按照相對(duì)振幅大小簡(jiǎn)化為慣量Ig，柔度簡(jiǎn)化為eg，發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)力矩簡(jiǎn)化為M·ejωt。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)曲軸系統(tǒng)的扭振模型設(shè)計(jì)減振器的慣量、阻尼系數(shù)以及橡膠剛度。而對(duì)于本發(fā)明提出的三維(縱向、彎曲、扭轉(zhuǎn))振動(dòng)復(fù)合減振器，其基本原理如圖4所示的雙質(zhì)量的分支扭擺系統(tǒng)。扭振減振器的外轂簡(jiǎn)化為慣量Id，橡膠的柔度和阻尼簡(jiǎn)化為ed和cd，縱彎減振器的慣性塊簡(jiǎn)化為慣量Ib，橡膠的柔度和阻尼簡(jiǎn)化為eb和cb，而根據(jù)所需減振的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的振型，節(jié)點(diǎn)之前的慣量和扭振減振器的內(nèi)轂的慣量按照相對(duì)振幅大小簡(jiǎn)化為慣量Ig，柔度簡(jiǎn)化為eg，發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)力矩簡(jiǎn)化為M·ejωt。對(duì)曲軸的三維減振已考慮到扭振方向和縱向、彎曲振動(dòng)兩個(gè)方向參數(shù)的綜合影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于，具有明顯的減小軸系振動(dòng)及降低整機(jī)噪聲的效果。在彎曲頻率為225Hz時(shí)，對(duì)于3到9諧次之間的8個(gè)諧次的彎曲振動(dòng)，取得了33.3％到68.4％的減振效果；對(duì)于3到9諧次之間的8個(gè)諧次的縱向振動(dòng)，除了4.5、5、6諧次之外，取得了25％到50％的減振效果；在降低噪聲方面，減振器外側(cè)的聲壓級(jí)在彎曲頻率為225Hz時(shí)最低，比原機(jī)要低將近1dB；在2200r/min時(shí)175Hz最低，其次是225Hz，與原機(jī)相比可降低噪聲0.5dB左右。降噪效果最好的是頻率為225Hz減振器1800r/min下，效果為0.8dB，在高速時(shí)效果逐漸減小。說明匹配合理的縱彎減振器可以降低裙部和皮帶輪的噪聲輻射。


附圖1為橡膠扭振減振器結(jié)構(gòu)圖。
附圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
附圖3為單扭振減振器基本原理圖。
附圖4為縱向、彎曲、扭轉(zhuǎn)減振器基本原理圖。
附圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖。
附圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖。
附圖7為本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)布置圖。
附圖8為彎曲調(diào)頻減振器對(duì)曲軸扭轉(zhuǎn)向振動(dòng)的影響(6諧次扭轉(zhuǎn)振動(dòng))。
附圖9為減振器對(duì)柴油機(jī)前端的噪聲輻射的影響。
附圖10為減振器對(duì)柴油機(jī)裙部噪聲輻射的影響。
其中1-扭振外轂；2-扭振橡膠層；3-扭振內(nèi)轂；4-聯(lián)接軸孔；5-縱彎慣性塊；6-縱彎橡膠層；7-縱彎內(nèi)轂；8-螺栓；9-密封環(huán)；10-發(fā)動(dòng)機(jī)；11-飛輪；12-計(jì)算機(jī)；13-數(shù)據(jù)采集卡；14-調(diào)諧吸振器；15-曲軸扭/彎/縱振測(cè)量?jī)x；16-電荷放大器；17-傳聲器；18-加速度傳感器；19-USB。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例并結(jié)合附圖2～6對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。為了研究車用發(fā)動(dòng)機(jī)軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器的作用機(jī)理和減振效果，設(shè)計(jì)了一種可以連續(xù)調(diào)節(jié)彎曲固有頻率的調(diào)諧式吸振器安裝在扭振減振器上。其原理是等同于圖4所示的基本原理。其頻率調(diào)節(jié)范圍為175Hz～275Hz之間。試驗(yàn)工作是在一臺(tái)缸徑為102mm的6缸直列式車用柴油機(jī)上進(jìn)行的。測(cè)試裝置如圖7所示。
實(shí)施例1，對(duì)于圖2所示的結(jié)構(gòu)形式，扭振橡膠層2通過模具成型，通過壓裝工藝的安裝在扭振外轂1和扭振內(nèi)轂3之間。橡膠層通過模具成型，用硫化工藝安裝于縱彎慣性塊5與縱彎內(nèi)轂7之間。縱向、彎曲減振器的縱彎內(nèi)轂7由螺栓8與扭振減振器的扭振內(nèi)轂3聯(lián)接，組成復(fù)合減振器。
實(shí)施例2，對(duì)于圖5所示的結(jié)構(gòu)形式，扭振橡膠層2通過模具成型，用硫化工藝安裝于縱彎慣性塊5與扭振內(nèi)轂3以及密封環(huán)9之間。密封環(huán)9通過螺栓安裝于扭振內(nèi)轂3上。扭振橡膠層2通過模具成型，通過壓裝工藝的安裝在扭振外轂1和扭振內(nèi)轂3之間。
實(shí)施例3，對(duì)于圖6所示的結(jié)構(gòu)形式，扭振橡膠層2通過模具成型，用硫化工藝安裝于縱彎慣性塊5與扭振內(nèi)轂3之間。橡膠層2通過模具成型，通過壓裝工藝的安裝在扭振外轂1和扭振內(nèi)轂3之間。
本發(fā)明對(duì)彎曲振動(dòng)和縱向振動(dòng)的減振效果分別見表1和表2。
表1復(fù)合減振器對(duì)軸系彎曲振動(dòng)各個(gè)諧次的最大振幅(×10-4m)

由表可見，對(duì)于3諧次到9諧次的8個(gè)諧次，225Hz時(shí)對(duì)于彎曲振動(dòng)的減振效果分別為47.8％，36.4％，68.4％，33.3％，53.3％，37.5％，60.7％，62.5％。
表2彎曲減振器作用下軸系縱向振動(dòng)各個(gè)諧次的最大振幅(×10-4m)

由表可見，對(duì)于3諧次到9諧次的8個(gè)諧次，225Hz時(shí)對(duì)于縱向振動(dòng)的減振效果分別為45％，47.4％，-14.3％，-12.5％，-50％，50％，25％，44.4％。
彎曲調(diào)頻減振器對(duì)曲軸扭轉(zhuǎn)向振動(dòng)的影響(6諧次扭轉(zhuǎn)振動(dòng))如圖8所示。
從圖中可以看出對(duì)于2200轉(zhuǎn)/分和2600轉(zhuǎn)/分這兩個(gè)峰值，225Hz時(shí)的減振效果分別達(dá)到24.5％和8％。
復(fù)合減振器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的降噪效果見圖9和圖10。圖9為減振器對(duì)柴油機(jī)前端的噪聲輻射的影響；圖10為減振器對(duì)柴油機(jī)裙部噪聲輻射的影響。
減振器外側(cè)的聲壓級(jí)在彎曲頻率為225Hz最低，比原機(jī)要低將近1dB；在2200r/min時(shí)175Hz最低，其次是225Hz，與原機(jī)相比可降低噪聲0.5dB左右；而到了2800r/min，彎曲頻率為275H在的聲壓級(jí)與原機(jī)相差不大，略低于原機(jī)噪聲0.2dB左右，而225Hz卻最高。裙部聲壓級(jí)變化類似，降噪效果最好的是頻率為225Hz減振器1800r/min下，效果為0.8dB，在高速時(shí)效果逐漸減小。說明匹配合理的彎曲減振器可以降低裙部和皮帶輪的噪聲輻射。
權(quán)利要求
1.車用發(fā)動(dòng)機(jī)軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器，其特征在于在扭振外轂(1)與扭振內(nèi)轂(3)之間嵌套扭振橡膠層(2)，由扭振外轂(1)、扭振橡膠層(2)以及扭振內(nèi)轂(3)構(gòu)成扭振減振器，縱彎慣性塊(5)通過縱彎橡膠層(6)與縱彎內(nèi)轂(7)聯(lián)接，由縱彎慣性塊(5)、縱彎橡膠層(6)以及縱彎內(nèi)轂(7)構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器，通過螺栓(8)與扭振內(nèi)轂3聯(lián)接將扭振減振器和縱向、彎曲振動(dòng)減振器組成復(fù)合減振器，縱彎內(nèi)轂(7)通過聯(lián)接軸孔(4)與內(nèi)燃機(jī)的曲軸直接相連。
2.車用發(fā)動(dòng)機(jī)軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器，其特征在于在扭振外轂(1)與扭振內(nèi)轂(3)之間嵌套扭振橡膠層(2)，由扭振外轂(1)、扭振橡膠層(2)以及扭振內(nèi)轂(3)構(gòu)成扭振減振器，縱彎慣性塊(5)置于扭振內(nèi)轂(3)的空腔內(nèi)，其左端貼緊縱彎橡膠層(6)，最外側(cè)用密封環(huán)(9)密封，由密封環(huán)(9)、縱彎橡膠層(6)、扭振內(nèi)轂(3)、以及縱彎慣性塊(5)構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器，扭振內(nèi)轂(3)通過聯(lián)接軸孔(4)與內(nèi)燃機(jī)的曲軸直接相連。
3.車用發(fā)動(dòng)機(jī)軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器，其特征在于在扭振外轂(1)與扭振內(nèi)轂(3)之間嵌套扭振橡膠層(2)，由扭振外轂(1)、扭振橡膠層(2)以及扭振內(nèi)轂(3)構(gòu)成扭振減振器，縱彎慣性塊(5)置于扭振內(nèi)轂(3)的空腔內(nèi)，縱彎橡膠層(6)置于扭振內(nèi)轂(3)與縱彎慣性塊(5)之間，由縱彎橡膠層(6)、扭振內(nèi)轂(3)以及縱彎慣性塊(5)構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器，扭振內(nèi)轂(3)通過聯(lián)接軸孔(4)與內(nèi)燃機(jī)的曲軸直接相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)減振降噪的技術(shù)。車用發(fā)動(dòng)機(jī)軸系三維振動(dòng)復(fù)合減振器可以通過三個(gè)技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，其主要技術(shù)特征均是由扭振減振器和縱向、彎曲減振器兩部分組成。在外轂與內(nèi)轂之間嵌套橡膠層，由扭振外轂、扭振橡膠層以及扭振內(nèi)轂構(gòu)成扭振減振器。采用縱彎慣性塊通過橡膠層與縱彎內(nèi)轂聯(lián)接，構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器，通過螺栓聯(lián)接將扭振減振器和縱向、彎曲振動(dòng)減振器組成復(fù)合減振器。也可將縱彎慣性塊置于內(nèi)轂空腔內(nèi)，其左端貼緊橡膠層，外側(cè)用密封環(huán)密封構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器。也可將橡膠層置于扭振內(nèi)轂與縱彎慣性塊之間，構(gòu)成縱向、彎曲振動(dòng)減振器。經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明具有明顯減小軸系振動(dòng)及降低整機(jī)噪聲的效果。
文檔編號(hào)F16F15/12GK1598352SQ20041002016
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月27日
發(fā)明者舒歌群, 梁興雨, 衛(wèi)海橋, 呂興才 申請(qǐng)人:天津大學(xué)