高速柴油机复合式减振器的试验研究

　　引言

　　目前,车辆和发动机的辐射噪声已成为城市噪声的主要成分。在车辆和发动机的噪声来源中,曲轴振动是一个重要因素,需对其进行控制研究。曲轴振动在本质上是三维形式。许多学者研究了曲轴三维振动的机理[1,2],并进行了曲轴三维振动的试验研究[3],针对曲轴的多振动形式开展了对曲轴的减振研究,使用的减振器也由单一的扭转减振器发展到复合式减振器。复合式减振器首先用在丰田汽车公司的发动机上,在发动机曲轴上安装一种扭转-弯曲减振器,从而成功地消除了容易使人疲劳的隆隆声[4,5],但目前还没有进一步对这种复合式减振器的作用机理进行深入研究。

　　由于曲轴振动是发动机产生噪声的主要激励源之一,为了进一步抑制曲轴的三维振动,作者设计了一种可调频的动力吸振器,用来考察复合式减振器对曲轴三维振动的减振效果。

　　1　柴油机轴系弯曲调频试验系统

　　为了研究复合式减振器的作用机理,将一种可以连续调节弯曲固有频率的动力吸振器安装在扭转减振器和三维振动测量仪[6]的前面,如图1所示。在一台直列水冷6缸柴油机(参数见表1)上做了实机试验,研究在不同的弯曲调谐频率下曲轴的扭转/弯曲/纵向振动的变化情况。

　　由实测可知[7],该柴油机轴系的一次回转固有频率在210Hz～235Hz之间,二次回旋固有频率在260Hz～280Hz之间,并且存在一些低频率的弯曲振动加速度峰值。频率范围大约在160Hz～180Hz之间,为此在试验中选取了3个弯曲频率175 Hz、225Hz、275 Hz作为试验点。在试验中,用2台计算机同时采集某一工况下的曲轴扭转振动信号、曲轴弯曲/纵向振动信号。整个测试系统的布置如图2所示。

　　2　试验结果的比较与分析

　　2.1　调谐吸振器对曲轴弯曲振动的影响

　　图3为弯曲调频试验中弯曲振动的谐次分析。表2为各谐次振幅的最大值。图3和表2中的175Hz、225Hz、275Hz为弯曲减振器的弯曲频率;原机表示不带弯曲减振器。由此可以看出:加装弯曲减振器后,无论调谐频率是多少,曲轴自由端的各谐次弯曲振幅的最大值相对原机都有不同程度的下降。

　　产生上述现象的原因主要有两个:一方面,在曲轴扭转减振器端加装弯曲减振器后,曲轴前端的质量增加,改善了因后端飞轮质量过大而引起的轴系不平衡,因此安装弯曲减振器后大多数谐次的振幅都有一定程度的降低;另一方面,只有弯曲频率在225Hz时的减振效果最好,这是因为理论计算和实测的结果都表明CY6102BZQ曲轴的一阶回旋固有频率在210Hz～235Hz之间,二阶回旋固有频率在260Hz～280Hz之间,由于调谐减振器的弯曲固有频率分别与一阶和二阶固有频率相等而形成反共振,因此降低了弯曲振幅,使弯曲频率为275Hz时的减振效果不如225Hz时好;当弯曲频率为175Hz时,在某些频率下产生了新的共振,因此效果不好。