曲轴扭振减振器
曲轴轴系扭转振动等效模型
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三、发动机曲轴轴系示意图
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四、扭振模型等效公式
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四、扭振模型等效公式
以上公式中，Jhub式为扭转减振器轮毂绕曲轴转动中心线的转动惯量， Jsegi为阶梯轴i绕曲轴转动中心线的转动惯量， Jmgi 为主轴颈i绕曲轴转动中心线 的转动惯量， Jwi为第i个曲柄臂绕曲轴转动中心线的转动惯量， Jcpi为第i个曲 柄销绕曲轴转动中心线的转动惯量， Jgear为齿轮绕曲轴转动中心线的转动惯量， Jcyli为第i缸活塞组件及其连杆等效转动惯量， Jfw为飞轮绕曲轴转动中心线的转 动惯量。个弹簧的扭转刚度如下
Ksegi为第i个阶梯轴扭转刚度， Kmji为第i个主轴颈扭转刚度， Kwi为第i个曲 柄臂的刚度， Cri为曲轴轴系的内阻尼， Coi为曲轴轴系的外阻尼。 安装曲轴扭转减振器的模型将再多等效一个惯量环、弹簧与阻尼。
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曲轴轴系扭转振动模型
曲轴
飞轮
扭转减 振器
1
一、发动机曲轴轴系示意图
Байду номын сангаас
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二、曲轴轴系扭振模型等效原则
将发动机曲轴轴系简化为曲轴扭振模型时，每个部件等效为两个相同转 动惯量盘和一个弹簧，具体方法如下图。两个管两盘的转动惯量的和等于原 部件的转动惯量，弹簧的刚度等于原部件的扭转刚度。
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三、曲轴轴系分割示意图与扭振模型
发动机扭振减振器的结构优化
３ ． 轮毂 内腔 结构优 化
对 轮 毂及 惯性 环 内 、外部 仿 形结 构进 行 更改 ，主 要是 采 用 力的分 解 原则 。在 力 的分 解 中 ，被 分 解的 那 个力 （ 合力 ）是 实 际存 在的 ，有 对应 的 施 力物体 ，以
振器外环与轮毂之间采用一种三角形结构 ，在三角形
Ｅｎ
ｙ
பைடு நூலகம்
■ 东风实业有限公 司／ 高子林
发动机扭振减振器的结构优化
圈压入轮毂 与惯性 环之 间，最后 形成减振 器。
发动 机 曲轴扭 振减 振 器是发 动机 的 重要零 部件 ， 在汽 车行 驶过程 中起 到平 稳 降噪 的作用 。减振 器 在不 同环 境 、不 同速度 工作过 程 中 ，因变 载荷及 惯性 力的 作用 ，发 动机 曲轴 减振 器振 动较 大 ，中 间的阻尼 橡胶 圈容 易产 生撕 裂 、橡胶 圈脱 落及 失效现 象 ，致使 发动 机 无 法 正 常 工 作 。 本文 通 过 结 构 优 化 和 曲面 设 计 调 整 ，完 成 了发动 机橡 胶减振 器 的优化 改进 ，解 决 了现 有 内外 金属 件与 橡胶 件容 易脱离 的 问题 。改进 后 的发
拉 脱力 。
带轮分离，分别设计到惯性环和轮毂上，减小惯性环
惯量 ，增大 了轮 毂 外 圈设计 尺 寸 ，从 而提 高胶 圈和 内 外 圈的接 触 面积 ，大 幅 度提 高减 振 器静 转矩 。更 改后 的设 计在 试 验 中得 到可 靠性 验 证 ，完全 满 足发 动机 的
性 能要求 。
（ ｂ ）改 进后 设计
（ ａ ）改进 前 设计
边 有较 长 的直 线接 触面 ，保 证减 振 器 内外 圈装 配后 达 到装 配尺寸及几 何公差要求 。
汽车扭转减震器的工作原理
汽车扭转减震器的工作原理
汽车扭转减震器是一种用于减少汽车行驶中扭转运动的装置。
它的工作原理主要包括以下几个方面：
1. 阻尼作用：扭转减震器内部通常包含阻尼液体。
当车辆扭转时，阻尼液体被压缩和释放，通过阻碍液体流动来吸收和减少扭转运动的能量。
这种阻尼作用类似于减震器在减少车辆上下运动时的作用。
2. 弹簧作用：扭转减震器内部通常还包含扭转弹簧。
当车辆发生扭转运动时，弹簧会受到压缩或拉伸，从而产生回弹力，阻止车辆继续扭转。
弹簧的刚度可以根据需要进行调整，以适应不同车辆和驾驶条件下的扭转需求。
3. 稳定性提升：扭转减震器的作用是减少车辆的扭转运动，从而提高车辆的稳定性和驾驶操控性。
通过减少车辆扭转，扭转减震器有助于提升车辆在转弯、躲避障碍物等情况下的稳定性，避免车辆滚翻或失控。
总之，汽车扭转减震器通过阻尼作用和弹簧作用来减少车辆扭转运动，提高车辆的稳定性和驾驶安全性。
曲轴扭转减振器概述
1.1 课题背景由于汽车工业具有很强的产业关联度，因而被视为一个国家工业和经济发展水平的重要标志，因此汽车被称为“改变世界的机器”。
随着科技的进步，社会的发展，人们对生活质量的要求越来越高，包括对汽车舒适性、安全性等性能提出了越来越苛刻的要求。
为了提高汽车舒适性，减轻汽车的振动，首先要找到汽车的振源，汽车是多自由度的振动体，并受到各种振源的作用而发生振动，发动机就是振源之一。
当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振[1]。
发动机的振动关系到它的寿命、工作效率和对周围环境的影响。
曲轴系统的振动是引发内燃机振动的重要因素。
由于曲轴上作用有大小、方向都周期性变化的切向和法向作用力, 曲轴轴系将会同时产生弯曲振动和扭转振动。
因为内燃机曲轴一般均采用全支承结构, 弯曲刚度较大, 所以其弯曲振动的自然频率较高。
虽然弯曲振动不会在内燃机工作转速范围内产生共振, 但它会引起配套轴系和机体其它部件的振动, 是内燃机的主要噪声源。
对扭转振动而言, 由于曲轴较长,扭转刚度较小, 而且曲轴轴系的转动惯量又较大, 故曲轴扭振的频率较低, 在内燃机工作转速范围内容易产生共振,当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振。
共振时扭转振幅增大，并导致传动机构磨损加剧，发动机功率下降，甚至使曲轴断裂。
曲轴作为内燃机中主要的运动部件之一，它的强度和可靠性在很大程度上决定着内燃机的可靠性。
因此, 扭转振动是内燃机设计过程中必须考虑的重要因素[2]。
如何降低曲轴的振动是发动机曲轴设计的重要内容之一，为了消减曲轴的扭转振动，现在汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器，目前在汽车发动机曲轴系统中广泛采用的是橡胶阻尼式扭转减振器(图 1.1)，有效地改善了发动机曲轴系统的扭振特性，降低了扭振幅值。
a) b) c)a)橡胶扭转减振器(CA8V100)；b)带轮-橡胶扭转减振器；c)复合惯性质量减振器(尼桑VH45DE)1-减振器壳体；2-硫化橡胶层；3-扭转减振器惯性质量；4带轮毂；5-带轮；6-紧固螺栓；7-弯曲振动惯性质量图1.1 橡胶阻尼式扭转减振器这种减振器在曲轴系统中的匹配设计是基于动力减振器（动力吸振器）的设计理论。
扭转减振器分析报告
扭转减振器分析报告1. 引言扭转减振器是一种常用于减少机械系统振动的装置。
它通过在旋转系统中引入一个反向振动力矩，来抵消原有振动的效果。
本报告将对扭转减振器进行分析，包括工作原理、设计参数和性能评估等方面。
2. 工作原理扭转减振器的工作原理基于振动的相互干涉。
在机械系统中，通常存在一个主要的振动源，例如发动机或电机。
这些振动源会导致机械系统的其他部分也发生振动。
扭转减振器通过在旋转系统中引入一个附加质量来减少振动。
附加质量与系统的反向振动相位相反，因此可以抵消原有振动的效果。
通过调整附加质量的大小和位置，可以实现对系统振动的精确控制。
3. 设计参数设计扭转减振器时需要考虑以下几个参数：3.1 扭转刚度扭转刚度是指扭转减振器对振动的抵抗能力。
它的大小取决于减振器的材料和几何形状。
较大的扭转刚度意味着减振器对振动的抵抗能力更强。
3.2 附加质量附加质量的大小和位置会影响扭转减振器的性能。
较大的附加质量可以提供更强的振动抵消效果，但也会增加系统的负荷。
合理选择附加质量的大小和位置，可以在减小振动的同时，保持系统的正常运行。
3.3 振动频率振动频率是指系统振动的频率。
扭转减振器的设计应与系统的振动频率相匹配，以获得最佳的减振效果。
如果振动频率超出了减振器的工作范围，减振效果可能会显著降低。
4. 性能评估扭转减振器的性能可以通过以下几个指标来评估：4.1 减振效率减振效率是指扭转减振器对系统振动的抑制能力。
它可以通过测量系统振动幅度的减小程度来评估。
较高的减振效率意味着扭转减振器的性能更好。
4.2 能耗能耗是指扭转减振器在减振过程中消耗的能量。
较低的能耗意味着减振器在工作中更加高效。
4.3 可靠性可靠性是指扭转减振器在长期使用过程中的稳定性和可靠性。
一个可靠的扭转减振器应能够长时间保持减振效果，并且不易损坏或失效。
5. 结论本报告对扭转减振器进行了分析，并介绍了其工作原理、设计参数和性能评估等方面的内容。
扭转减震器的组成
扭转减震器的组成扭转减震器是一种机械装置，主要用于减少机器或设备在运转过程中的震动和噪音，从而保证其正常工作。
扭转减震器由多个组成部分构成，每个部分都有其独特的作用。
本文将对扭转减震器的组成进行介绍。
一、弹簧弹簧是扭转减震器最基本的组成部分，其主要作用是吸收机器或设备在运转过程中的震动和冲击。
弹簧的材质一般为高强度钢材或合金钢材，具有良好的弹性和耐腐蚀性能。
弹簧的形状和尺寸根据不同的应用需求而定，可以是螺旋形、圆柱形、锥形或其他形状。
二、阻尼器阻尼器是扭转减震器的另一个重要组成部分，其主要作用是消除机器或设备在运转过程中的振动和噪音。
阻尼器可以采用液压、气压或电磁等方式来实现，其中液压阻尼器是应用最广泛的一种。
液压阻尼器的工作原理是利用液体的阻力来减缓机器或设备的振动，从而达到减震的效果。
三、支撑结构支撑结构是扭转减震器的另一个重要组成部分，其主要作用是支撑机器或设备的重量，同时保持其稳定性。
支撑结构可以采用钢板、铝合金、铸铁等材质制成，其形状和尺寸也根据不同的应用需求而定。
支撑结构的设计和制造需要考虑到机器或设备的重量、形状、运行速度等因素，以确保其能够承受机器或设备的重量和运行过程中产生的各种力和压力。
四、连接件连接件是扭转减震器的另一个关键组成部分，其主要作用是将弹簧、阻尼器和支撑结构等各个部分连接在一起，形成一个完整的减震系统。
连接件可以采用螺栓、螺母、销轴、弹性套等形式，其材质和尺寸也根据不同的应用需求而定。
连接件的设计和制造需要考虑到其承受的力和压力，以确保其能够保持连接的牢固性和稳定性。
五、调节装置调节装置是扭转减震器的另一个重要组成部分，其主要作用是用于调节弹簧和阻尼器的工作效果，以满足不同的应用需求。
调节装置可以采用手动或自动控制方式，其设计和制造需要考虑到机器或设备的工作环境、工作负载等因素，以确保其能够实现准确的调节和控制。
六、安装部件安装部件是扭转减震器的最后一个组成部分，其主要作用是将减震器安装在机器或设备上，以实现对机器或设备的减震和稳定支撑。
曲轴扭振测试方法
曲轴扭振测试方法
曲轴扭振测试方法通常选用频响函数法。
频响函数法是利用频响函数测试扭振的方法，主要通过测量曲轴扭转减振器的频响函数来获取扭振频率。
在测试过程中，通常会沿X方向对系统进行锤击，给系统切向激励，以模拟实际工作状态。
同时，测试之前需要先将曲轴扭转减振器加热到指定温度，然后利用保温装置进行保温，并利用非接触式温度测量装置测量系统温度，以保证测试结果的准确性。
另外，由于橡胶在100℃时会有高温失效的倾向，而实际工作温度通常低于100℃，因此通常仅对20、40、60、80℃这四个温度下的曲轴扭转减振器扭振频率进行测试。
以上信息仅供参考，具体操作可能需要根据具体情况进行调整。
如需更多信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关技术手册。
扭转减振器的参数确定
3.4.3扭转减振器的参数确定1、扭转减振器的角刚度决定于减振弹簧的线刚度及结构布置尺寸，按下列公减振器扭转角刚度ka式初选角刚度≤13T j（3-19） Ka式中：T j为极限转矩，按下式计算T j=（1.5～2.0）T e m ax（3-20）式中：2.0适用乘用车，1.5适用商用车，本设计为商用车，选取1.5，Temax 为发动机最大扭矩，代入数值得T j=257.25N.M，K a ≤ 3344.25N.mm／rad2、扭转减振器最大摩擦力矩由于减振器扭转刚度C受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故a为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩Tμ。
一般可按下式初选为Tμ=（0.06～0.17）T e max（3-21）取Tμ=0.15T e max，本设计按其选取Tμ=25.725N·m。
3、扭转减振器的预紧力矩减振弹簧安装时应有一定的预紧。
这样，在传递同样大小的极限转矩它将降低减振器的刚度，这是有利的，但预紧力值一般不应该大于摩擦力矩否则在反向工作时，扭转减振器将停止工作。
一般选取T预=（0.05～0.15）T e max，取T预=0.12T e max=20.58 N·m。
4、扭转减振器的弹簧分布半径R的尺寸应尽可能大一些，一般取减振弹簧的分布尺寸=（0.60～0.75）d/2 （3-22） R取 R0.7 d/20 =其中d为摩擦片内径，代入数值，得R=54.25mm。
5、扭转减振器弹簧数目可参考表3.10选取，本设计D=250mm，故选取Z=6。
表3.10减振弹簧的选取6、扭转减振器减振弹簧的总压力当限位弹簧与从动盘毂之间的间隙被消除时，弹簧传递扭矩达到最大TjP 总 =R T j （3-23）式中：P 总的计算应按Tj 的大者来进行P 总=4741.94N 。
每个弹簧工作压力P P Z=总=790.32N（3-24）7、从动盘毂缺口宽度及安装窗口尺寸为充分利用减振器的缓冲作用，将从动片上的部分窗口尺寸做的比从动盘毂上的窗口尺寸稍大一些，如图3.6所示。
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曲轴扭振减振器
1曲轴扭振
当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振。
对扭转振动而言, 由于曲轴较长,扭转刚度较小, 而且曲轴轴系的转动惯量又较大, 故曲轴扭振的频率较低, 在内燃机工作转速范围内容易产生共振,当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振。
共振时扭转振幅增大，并导致传动机构磨损加剧，发动机功率下降，甚至使曲轴断裂。
曲轴作为内燃机中主要的运动部件之一，它的强度和可靠性在很大程度上决定着内燃机的可靠性。
因此, 扭转振动是内燃机设计过程中必须考虑的重要因素。
为了消减曲轴的扭转振动，现在汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭振减振器。
2扭振减振器的功能及种类
为了消减曲轴的扭转振动，现在汽车发动机多在扭振振幅最大的曲轴前端装置扭振减振器。
它的功能简单介绍有以下三个方面：
(1) 消减曲轴扭转振动，提高曲轴的疲劳寿命，减少应力水平；
(2) 传递扭矩，衰减扭矩波动；
(3) 减少整车的振动、噪音。
减振器就其特性而言，可分为三大类：
动力减振器，主要依靠它的动力效应改变轴系的自振频率，使之移出工作转速范围，达到避振目的，如弹簧式和摆式动力减振器等；阻尼减振器，主要依靠固体的摩擦阻尼或液体的粘性阻尼来吸收干扰力矩输入系统的振动能量，以减小振动，如橡胶减振器和硅油减振器等；复合减振器，就是既有调频作用，又有阻尼降幅作用，如硅油橡胶减振器和硅油弹簧减振器。
目前应用最多的就是橡胶减振器和硅油减振器。
其中橡胶减振器广泛应用于汽油发动机，硅油减振器主要应用于。
目前用于汽车橡胶减振器主要是单级减振器（只有一个惯性质量），但是，随着轿车发动机的轻量化和大功率化，单级橡胶阻尼式减振器的减振效果已满足不了曲轴系统扭转振动控制的要求，目前在一些轿车发动机上已经采用了多级的橡胶阻尼式减振器。
以下是几种国内外常见的减振器。
2.1单级扭振减振器
图2.1为常见结构形式的单级扭振减振器。
1为减振器壳体，2为硫化橡胶层，3为减振器惯性质量。
图2.1单级扭振减振器
2.2多级并联式扭振减振器
图2.2 为两级并联式扭振减振器。
零件7 为轮毅，是扭振减振器与发动机曲的连接件；钢圈1 和带轮2（齿圈）为紧配合，合成为一个惯性环，与橡胶件8组成为一级扭振减振器。
摩擦环6 和5 为由特氟龙材料制成的部件，因此带轮2和轮毅7 之间可以相互转动。
惯性环4 为另一惯性质量，与橡胶件3 组成另一个扭振减振器。
橡胶件3 一侧硫化在轮毅7 上，另一侧则硫化在惯性质量上，因此，图2.2 所示的扭转减振器为两级并联式扭振减振器。
图2.2两级并联式扭振减振器图2.3三级并联是扭振减振器
图2.3 为三级并联式扭振减振器的结构图。
轮毅8 为扭振减振器与曲轴的连接件。
橡胶件2、6 和10 的一侧与轮毅3、7、9 硫化在一起，另外一侧分别与惯性环1、带轮5 和11 硫化在一起。
摩擦环4 由特氟龙材料制成，因此摩擦环4与带轮(兼作惯性环)5 之间可以相互转动。
惯性环1 与橡胶件2、带轮5 与橡胶件6、带轮（兼作惯性环）11 与橡胶件10 组成三级并联式扭转减振器。
2.3多级串联式扭振减振器
图2.4 为两级串联式扭振减振器结构图。
轮毅7 为扭振减振器和曲轴前端的连接件，惯性环5 和轮毅，之间的连接为紧配合，两者组成一惯性质量。
橡胶件6 的一侧与轮毅7 硫化在一起，另一侧与惯性环1 硫化在一起。
橡胶件2 的一侧与惯性环1 硫化在一起，另外一侧与带轮（兼惯性环）3 硫化在一起。
摩擦环4是由特氟龙材料制成的钢圈，因此带轮3 和摩擦环4 之间可以相互转动。
由于带轮3 和橡胶件2 组成的扭转减振器是串联连接在由惯性环1 和5 合成的惯性质量和橡胶件6 组成的扭振减振器上的，因此图2.4 所示的扭振减振器为两级串联式扭振减振器。
图2.4两级串联式扭振减振器
2.4硅油扭振减振器
图2.5为硅油减振器的结构简图，1为壳体，2为惯性圆盘，3为硅油，4为耐磨衬套。
惯性圆盘装在壳体内，可绕光滑耐磨的减磨衬套自由转动，惯性圆盘与壳体间有一定的间隙，间隙内充满硅油。
硅油减振器的壳体固联在曲轴前端，与曲轴系统一起运动。
当曲轴系统发生扭振时，由于惯性圆盘转动惯量较大，它的运动总是滞后于壳体的运动，此时间隙中硅油的黏性阻尼就会消耗振动能量，从而达到减弱曲轴系统扭转振动的目的。
硅油减振器密封较困难，硅油与空气接触
吸收水分时容易变质，减弱减振器减振效果。
图2.5硅油扭振减振器
2.5硅油-橡胶复合式扭振减振器
图2.6 为硅油- 橡胶复合式扭振减振器结构图。
轮毂12 与发动机曲轴相连接，轮毂1、11 与轮毂12 为紧配合。
橡胶件2 的两侧分别与轮毂1 和带轮( 兼惯性环)5 硫化在一起，带轮5 与橡胶件2 共同组成橡胶阻尼式扭振减振器。
钢圈3、4、6 和10 由特氟龙材料制成，与它们相连接的两个物体之间可以相互转动。
惯性环9 为硅油减振器惯性环，它与由轮毂11、7 和8 之间组成的密封腔之间充满硅油，硅油与惯性环9 组成一级硅油阻尼式扭振减振器。
由于橡胶阻尼式扭振减振器( 由弹性阻尼原件和惯性原件组成) 和硅油阻尼式扭振减振器为并联的形式，因此，图42.6所示的曲轴减振器为二级并联硅油- 橡胶复合式扭振减振器。
图2.6硅油-橡胶复合式扭振减振器
2.6弯曲复合式扭振减振器
图2.7 为弯曲复合式减振器结构图。
轮毂4 为减振器与曲轴前端的连接件，轮毂3 与轮毂4 之间为紧配合，因此，轮毂3 可以视为轮毂4 的一部分。
带轮1 兼作惯性环，与橡胶件2 一起组成一个扭转减振器，惯性环6 与橡胶件5 组成弯曲减振器。
图2.7弯曲复合式扭振减振器。