專利名稱：車用發(fā)動機(jī)軸系三維振動復(fù)合減振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型具體涉及一種汽車發(fā)動機(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)特點及工作特性，在上述激勵力的作用下，導(dǎo)致曲軸的振動形式是扭振、彎曲振動及縱向振動的結(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。曲軸的多形式振動會通過主軸承耦合機(jī)體裙部的振動，導(dǎo)致整個機(jī)體振動并輻射噪聲。實驗證明內(nèi)燃機(jī)軸系振動是引發(fā)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)和動力裝置振動與噪聲的主要激勵源。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，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。當(dāng)曲軸在激勵力作用下產(chǎn)生扭振時，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)生相對運動，通過橡膠層2的阻尼作用，來消耗振動能量，達(dá)到減小曲軸扭振幅值的目的。這類減振器的設(shè)計主要以減小曲軸的扭轉(zhuǎn)振動為目的，而不能對曲軸的彎曲振動和縱向振動進(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以及難以解決的兼顧多維減振作用的減振器設(shè)計中參數(shù)優(yōu)化問題，本實用新型的目的是提出一種用于汽車發(fā)動機(jī)的軸系三維振動(扭振、彎曲振動、縱向振動)復(fù)合減振器，可以將內(nèi)燃機(jī)振動以及噪聲減至減小。
本實用新型可以通過以下三個技術(shù)方案予以實現(xiàn)(結(jié)合附圖2～6)。車用發(fā)動機(jī)軸系三維振動復(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。
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?？v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)、縱向和彎曲振動時，扭振減振器對曲軸起到了扭振的減振作用，而當(dāng)曲軸發(fā)生縱向和彎曲振動時，縱彎內(nèi)轂7隨曲軸產(chǎn)生相應(yīng)的振動，由于橡膠有彈性作用，所以縱彎慣性塊5與縱彎橡膠層6組成了一個質(zhì)量彈性系統(tǒng)，其彎曲方向和縱向方向形成一個彈性調(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的能量，達(dá)到彈性減振和阻尼減振的目的。
本實用新型提出的軸系三維振動復(fù)合減振器其基本的減振和設(shè)計原理與傳統(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，它是一個單扭擺系統(tǒng)。扭振減振器的外轂簡化為慣量Id，橡膠的柔度和阻尼簡化為ed和cd，而根據(jù)所需減振的發(fā)動機(jī)曲軸的振型，節(jié)點之前的慣量和扭振減振器的內(nèi)轂的慣量按照相對振幅大小簡化為慣量Ig，柔度簡化為eg，發(fā)動機(jī)的激勵力矩簡化為M·ejωt。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)曲軸系統(tǒng)的扭振模型設(shè)計減振器的慣量、阻尼系數(shù)以及橡膠剛度。而對于本實用新型提出的三維(縱向、彎曲、扭轉(zhuǎn))振動復(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化為慣量Id，橡膠的柔度和阻尼簡化為ed和cd，縱彎減振器的慣性塊簡化為慣量Ib，橡膠的柔度和阻尼簡化為eb和cb，而根據(jù)所需減振的發(fā)動機(jī)曲軸的振型，節(jié)點之前的慣量和扭振減振器的內(nèi)轂的慣量按照相對振幅大小簡化為慣量Ig，柔度簡化為eg，發(fā)動機(jī)的激勵力矩簡化為M·ejωt。對曲軸的三維減振已考慮到扭振方向和縱向、彎曲振動兩個方向參數(shù)的綜合影響。
本實用新型的優(yōu)點及有益效果在于，具有明顯的減小軸系振動及降低整機(jī)噪聲的效果。在彎曲頻率為225Hz時，對于3到9諧次之間的8個諧次的彎曲振動，取得了33.3％到68.4％的減振效果；對于3到9諧次之間的8個諧次的縱向振動，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)的聲壓級在彎曲頻率為225Hz時最低，比原機(jī)要低將近1dB；在2200r/min時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為本實用新型的結(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為本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)圖。
附圖6為本實用新型實施例3的結(jié)構(gòu)圖。
附圖7為本實用新型實施例的試驗測試系統(tǒng)布置圖。
附圖8為彎曲調(diào)頻減振器對曲軸扭轉(zhuǎn)向振動的影響(6諧次扭轉(zhuǎn)振動)。
附圖9為減振器對柴油機(jī)前端的噪聲輻射的影響。
附圖10為減振器對柴油機(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)動機(jī)；11-飛輪；12-計算機(jī)；13-數(shù)據(jù)采集卡；14-調(diào)諧吸振器；15-曲軸扭/彎/縱振測量儀；16-電荷放大器；17-傳聲器；18-加速度傳感器；19-USB。
具體實施方式
以下通過實施例并結(jié)合附圖2～6對本實用新型做進(jìn)一步的說明。為了研究車用發(fā)動機(jī)軸系三維振動復(fù)合減振器的作用機(jī)理和減振效果，設(shè)計了一種可以連續(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。試驗工作是在一臺缸徑為102mm的6缸直列式車用柴油機(jī)上進(jìn)行的。測試裝置如圖7所示。
實施例1，對于圖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?？v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。
實施例2，對于圖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。
實施例3，對于圖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。
本實用新型對彎曲振動和縱向振動的減振效果分別見表1和表2。
表1復(fù)合減振器對軸系彎曲振動各個諧次的最大振幅(×10-4m) 由表可見，對于3諧次到9諧次的8個諧次，225Hz時對于彎曲振動的減振效果分別為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各個諧次的最大振幅(×10-4m) 由表可見，對于3諧次到9諧次的8個諧次，225Hz時對于縱向振動的減振效果分別為45％，47.4％，-14.3％，-12.5％，-50％，50％，25％，44.4％。
彎曲調(diào)頻減振器對曲軸扭轉(zhuǎn)向振動的影響(6諧次扭轉(zhuǎn)振動)如圖8所示。
從圖中可以看出對于2200轉(zhuǎn)/分和2600轉(zhuǎn)/分這兩個峰值，225Hz時的減振效果分別達(dá)到24.5％和8％。
復(fù)合減振器對發(fā)動機(jī)的降噪效果見圖9和圖10。圖9為減振器對柴油機(jī)前端的噪聲輻射的影響；圖10為減振器對柴油機(jī)裙部噪聲輻射的影響。
減振器外側(cè)的聲壓級在彎曲頻率為225Hz最低，比原機(jī)要低將近1dB；在2200r/min時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)動機(jī)軸系三維振動復(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)動機(jī)軸系三維振動復(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)動機(jī)軸系三維振動復(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。
專利摘要本實用新型涉及一種汽車發(fā)動機(jī)減振降噪的技術(shù)。車用發(fā)動機(jī)軸系三維振動復(fù)合減振器可以通過三個技術(shù)方案予以實現(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、彎曲振動減振器，通過螺栓聯(lián)接將扭振減振器和縱向、彎曲振動減振器組成復(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、彎曲振動減振器。經(jīng)過理論計算和實驗驗證，本實用新型具有明顯減小軸系振動及降低整機(jī)噪聲的效果。
文檔編號F16F15/00GK2765811SQ20042002939
公開日2006年3月22日 申請日期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 申請人:天津大學(xué)