专利名称：车用发动机轴系三维振动复合减振器的制作方法
技术领域：
本发明具体涉及一种汽车发动机减振降噪的技术。
背景技术：
内燃机在工作中曲轴不但承受气体压力和惯性力的作用，而且要将各曲拐上的扭矩输出以驱动其它机械部件旋转做功。因此曲轴除了要承受扭转力矩外同时还要承受弯曲力的作用。由于曲轴及曲柄连杆的结构特点及工作特性，在上述激励力的作用下，导致曲轴的振动形式是扭振、弯曲振动及纵向振动的结合。在内燃机结构中，曲轴安装在机体下方的裙部位置，由主轴承固定曲轴的主轴颈部位。曲轴的多形式振动会通过主轴承耦合机体裙部的振动，导致整个机体振动并辐射噪声。实验证明内燃机轴系振动是引发内燃机结构和动力装置振动与噪声的主要激励源。在近几十年内燃机轴系扭振减振系统的研究得到了巨大的发展，也取得了一些重要成果。按减振原理可以分为弹性减振器、阻尼减振器、阻尼弹性减振器。按所用的材料可以分为硅油减振器、橡胶减振器、盖斯林格减振器等。在中小功率车用发动机中目前普遍使用的是橡胶减振器，其结构如图1。橡胶减振器的结构是将减振器通过曲轴联接轴孔4安装在曲轴上，减振器的内毂3随曲轴转动，其外毂1(惯性质量)通过橡胶层2与内毂3联结并随曲轴转动。当曲轴在激励力作用下产生扭振时，外毂1由于其惯性的作用，保持原有的转速，将在外毂1和内毂3之间产生相对运动，通过橡胶层2的阻尼作用，来消耗振动能量，达到减小曲轴扭振幅值的目的。这类减振器的设计主要以减小曲轴的扭转振动为目的，而不能对曲轴的弯曲振动和纵向振动进行有效的抑制。这种传统的扭振减振器的基本原理如图3的模型所示，都是一个单扭摆系统，它是根据内燃机曲轴系统的扭振模型设计减振器的惯量、阻尼系数以及橡胶刚度。
发明内容
为克服上述减振器减振方向单一的缺点以及难以解决的兼顾多维减振作用的减振器设计中参数优化问题，本发明的目的是提出一种用于汽车发动机的轴系三维振动(扭振、弯曲振动、纵向振动)复合减振器，可以将内燃机振动以及噪声减至减小。
本发明可以通过以下三个技术方案予以实现(结合附图2～6)。车用发动机轴系三维振动复合减振器三种方案的主要技术特征均是由扭振减振器和纵向、弯曲减振器两部分组成。
第一种方案为在扭振外毂1与扭振内毂3之间嵌套扭振橡胶层2，即由扭振外毂1、扭振橡胶层2以及扭振内毂3构成扭振减振器。纵弯惯性块5通过纵弯橡胶层6与纵弯内毂7联接，即由纵弯惯性块5、纵弯橡胶层6以及纵弯内毂7构成纵向、弯曲振动减振器。通过螺栓8与扭振内毂3联接将扭振减振器和纵向、弯曲振动减振器组成复合减振器。纵弯内毂7通过联接轴孔4与内燃机的曲轴直接相连。
第二种方案为在扭振外毂1与扭振内毂3之间嵌套扭振橡胶层2，由扭振外毂1、扭振橡胶层2以及扭振内毂3构成扭振减振器。纵弯惯性块5置于扭振内毂3的空腔内，其左端贴紧纵弯橡胶层6，最外侧用密封环9密封。由密封环9、纵弯橡胶层6、扭振内毂3、以及纵弯惯性块5构成纵向、弯曲振动减振器。扭振内毂3通过联接轴孔4与内燃机的曲轴直接相连。
第三种方案为在于在扭振外毂1与扭振内毂3之间嵌套扭振橡胶层2，由扭振外毂1、扭振橡胶层2以及扭振内毂3构成扭振减振器，纵弯惯性块5置于扭振内毂3的空腔内，纵弯橡胶层6置于扭振内毂3与纵弯惯性块5之间，由纵弯橡胶层6、扭振内毂3以及纵弯惯性块5构成纵向、弯曲振动减振器，扭振内毂3通过联接轴孔4与内燃机的曲轴直接相连。
当曲轴产生扭转、纵向和弯曲振动时，扭振减振器对曲轴起到了扭振的减振作用，而当曲轴发生纵向和弯曲振动时，纵弯内毂7随曲轴产生相应的振动，由于橡胶有弹性作用，所以纵弯惯性块5与纵弯橡胶层6组成了一个质量弹性系统，其弯曲方向和纵向方向形成一个弹性调频的减振作用，并且由于橡胶的阻尼作用，也能够消耗弯曲和纵向振动的能量，达到弹性减振和阻尼减振的目的。
本发明提出的轴系三维振动复合减振器其基本的减振和设计原理与传统的扭振减振器有着本质上的不同。传统的扭振减振器的基本原理如图3的模型所示，它是一个单扭摆系统。扭振减振器的外毂简化为惯量Id，橡胶的柔度和阻尼简化为ed和cd，而根据所需减振的发动机曲轴的振型，节点之前的惯量和扭振减振器的内毂的惯量按照相对振幅大小简化为惯量Ig，柔度简化为eg，发动机的激励力矩简化为M·ejωt。根据内燃机曲轴系统的扭振模型设计减振器的惯量、阻尼系数以及橡胶刚度。而对于本发明提出的三维(纵向、弯曲、扭转)振动复合减振器，其基本原理如图4所示的双质量的分支扭摆系统。扭振减振器的外毂简化为惯量Id，橡胶的柔度和阻尼简化为ed和cd，纵弯减振器的惯性块简化为惯量Ib，橡胶的柔度和阻尼简化为eb和cb，而根据所需减振的发动机曲轴的振型，节点之前的惯量和扭振减振器的内毂的惯量按照相对振幅大小简化为惯量Ig，柔度简化为eg，发动机的激励力矩简化为M·ejωt。对曲轴的三维减振已考虑到扭振方向和纵向、弯曲振动两个方向参数的综合影响。
本发明的优点及有益效果在于，具有明显的减小轴系振动及降低整机噪声的效果。在弯曲频率为225Hz时，对于3到9谐次之间的8个谐次的弯曲振动，取得了33.3％到68.4％的减振效果；对于3到9谐次之间的8个谐次的纵向振动，除了4.5、5、6谐次之外，取得了25％到50％的减振效果；在降低噪声方面，减振器外侧的声压级在弯曲频率为225Hz时最低，比原机要低将近1dB；在2200r/min时175Hz最低，其次是225Hz，与原机相比可降低噪声0.5dB左右。降噪效果最好的是频率为225Hz减振器1800r/min下，效果为0.8dB，在高速时效果逐渐减小。说明匹配合理的纵弯减振器可以降低裙部和皮带轮的噪声辐射。
附图1为橡胶扭振减振器结构图。
附图2为本发明的结构图。
附图3为单扭振减振器基本原理图。
附图4为纵向、弯曲、扭转减振器基本原理图。
附图5为本发明实施例2的结构图。
附图6为本发明实施例3的结构图。
附图7为本发明实施例的试验测试系统布置图。
附图8为弯曲调频减振器对曲轴扭转向振动的影响(6谐次扭转振动)。
附图9为减振器对柴油机前端的噪声辐射的影响。
附图10为减振器对柴油机裙部噪声辐射的影响。
其中1-扭振外毂；2-扭振橡胶层；3-扭振内毂；4-联接轴孔；5-纵弯惯性块；6-纵弯橡胶层；7-纵弯内毂；8-螺栓；9-密封环；10-发动机；11-飞轮；12-计算机；13-数据采集卡；14-调谐吸振器；15-曲轴扭/弯/纵振测量仪；16-电荷放大器；17-传声器；18-加速度传感器；19-USB。
具体实施例方式
以下通过实施例并结合附图2～6对本发明做进一步的说明。为了研究车用发动机轴系三维振动复合减振器的作用机理和减振效果，设计了一种可以连续调节弯曲固有频率的调谐式吸振器安装在扭振减振器上。其原理是等同于图4所示的基本原理。其频率调节范围为175Hz～275Hz之间。试验工作是在一台缸径为102mm的6缸直列式车用柴油机上进行的。测试装置如图7所示。
实施例1，对于图2所示的结构形式，扭振橡胶层2通过模具成型，通过压装工艺的安装在扭振外毂1和扭振内毂3之间。橡胶层通过模具成型，用硫化工艺安装于纵弯惯性块5与纵弯内毂7之间。纵向、弯曲减振器的纵弯内毂7由螺栓8与扭振减振器的扭振内毂3联接，组成复合减振器。
实施例2，对于图5所示的结构形式，扭振橡胶层2通过模具成型，用硫化工艺安装于纵弯惯性块5与扭振内毂3以及密封环9之间。密封环9通过螺栓安装于扭振内毂3上。扭振橡胶层2通过模具成型，通过压装工艺的安装在扭振外毂1和扭振内毂3之间。
实施例3，对于图6所示的结构形式，扭振橡胶层2通过模具成型，用硫化工艺安装于纵弯惯性块5与扭振内毂3之间。橡胶层2通过模具成型，通过压装工艺的安装在扭振外毂1和扭振内毂3之间。
本发明对弯曲振动和纵向振动的减振效果分别见表1和表2。
表1复合减振器对轴系弯曲振动各个谐次的最大振幅(×10-4m)
由表可见，对于3谐次到9谐次的8个谐次，225Hz时对于弯曲振动的减振效果分别为47.8％，36.4％，68.4％，33.3％，53.3％，37.5％，60.7％，62.5％。
表2弯曲减振器作用下轴系纵向振动各个谐次的最大振幅(×10-4m)
由表可见，对于3谐次到9谐次的8个谐次，225Hz时对于纵向振动的减振效果分别为45％，47.4％，-14.3％，-12.5％，-50％，50％，25％，44.4％。
弯曲调频减振器对曲轴扭转向振动的影响(6谐次扭转振动)如图8所示。
从图中可以看出对于2200转/分和2600转/分这两个峰值，225Hz时的减振效果分别达到24.5％和8％。
复合减振器对发动机的降噪效果见图9和图10。图9为减振器对柴油机前端的噪声辐射的影响；图10为减振器对柴油机裙部噪声辐射的影响。
减振器外侧的声压级在弯曲频率为225Hz最低，比原机要低将近1dB；在2200r/min时175Hz最低，其次是225Hz，与原机相比可降低噪声0.5dB左右；而到了2800r/min，弯曲频率为275H在的声压级与原机相差不大，略低于原机噪声0.2dB左右，而225Hz却最高。裙部声压级变化类似，降噪效果最好的是频率为225Hz减振器1800r/min下，效果为0.8dB，在高速时效果逐渐减小。说明匹配合理的弯曲减振器可以降低裙部和皮带轮的噪声辐射。
权利要求
1.车用发动机轴系三维振动复合减振器，其特征在于在扭振外毂(1)与扭振内毂(3)之间嵌套扭振橡胶层(2)，由扭振外毂(1)、扭振橡胶层(2)以及扭振内毂(3)构成扭振减振器，纵弯惯性块(5)通过纵弯橡胶层(6)与纵弯内毂(7)联接，由纵弯惯性块(5)、纵弯橡胶层(6)以及纵弯内毂(7)构成纵向、弯曲振动减振器，通过螺栓(8)与扭振内毂3联接将扭振减振器和纵向、弯曲振动减振器组成复合减振器，纵弯内毂(7)通过联接轴孔(4)与内燃机的曲轴直接相连。
2.车用发动机轴系三维振动复合减振器，其特征在于在扭振外毂(1)与扭振内毂(3)之间嵌套扭振橡胶层(2)，由扭振外毂(1)、扭振橡胶层(2)以及扭振内毂(3)构成扭振减振器，纵弯惯性块(5)置于扭振内毂(3)的空腔内，其左端贴紧纵弯橡胶层(6)，最外侧用密封环(9)密封，由密封环(9)、纵弯橡胶层(6)、扭振内毂(3)、以及纵弯惯性块(5)构成纵向、弯曲振动减振器，扭振内毂(3)通过联接轴孔(4)与内燃机的曲轴直接相连。
3.车用发动机轴系三维振动复合减振器，其特征在于在扭振外毂(1)与扭振内毂(3)之间嵌套扭振橡胶层(2)，由扭振外毂(1)、扭振橡胶层(2)以及扭振内毂(3)构成扭振减振器，纵弯惯性块(5)置于扭振内毂(3)的空腔内，纵弯橡胶层(6)置于扭振内毂(3)与纵弯惯性块(5)之间，由纵弯橡胶层(6)、扭振内毂(3)以及纵弯惯性块(5)构成纵向、弯曲振动减振器，扭振内毂(3)通过联接轴孔(4)与内燃机的曲轴直接相连。
全文摘要
本发明涉及一种汽车发动机减振降噪的技术。车用发动机轴系三维振动复合减振器可以通过三个技术方案予以实现，其主要技术特征均是由扭振减振器和纵向、弯曲减振器两部分组成。在外毂与内毂之间嵌套橡胶层，由扭振外毂、扭振橡胶层以及扭振内毂构成扭振减振器。采用纵弯惯性块通过橡胶层与纵弯内毂联接，构成纵向、弯曲振动减振器，通过螺栓联接将扭振减振器和纵向、弯曲振动减振器组成复合减振器。也可将纵弯惯性块置于内毂空腔内，其左端贴紧橡胶层，外侧用密封环密封构成纵向、弯曲振动减振器。也可将橡胶层置于扭振内毂与纵弯惯性块之间，构成纵向、弯曲振动减振器。经过理论计算和实验验证，本发明具有明显减小轴系振动及降低整机噪声的效果。
文档编号F16F15/12GK1598352SQ20041002016
公开日2005年3月23日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者舒歌群, 梁兴雨, 卫海桥, 吕兴才 申请人:天津大学