双级串联式扭转减振器特性及其固有频率测试

    引　言

    由于橡胶的阻尼较低[1],单级橡胶扭转减振器已不适用于高功率化的发动机曲轴系统的减振要求,因此多级橡胶阻尼式扭转减振器在发动机曲轴系统的扭转振动减振中得到了应用[2-4]。在多级减振器的研发中,研究较多的是并联式多级扭转减振器。Iwanam和Seto[2]在假定惯量环与曲轴系统质量比相等的情况下,理论推导了两级并联式减振器各个参数的近似公式。Yu[3]分析了两级复合式减振器在曲轴扭转振动和弯曲振动控制中的应用。上官文斌等[4]阐述了多级并联式减振器的设计思路,提出了各级减振器设计参数(频率、惯量、阻尼系数)的优化方法,分析了多级并联式扭转减振器对减少发动机曲轴扭振的优势。文献[5]介绍了多级串联式扭转减振器的集中参数模型。

    笔者介绍了一种双级串联式橡胶扭转减振器的结构,对比分析了当扭转减振器总的转动惯量一定、刚度参数最优时,双级串联式扭转减振器与单级、两级并联式扭转减振器对主系统的减振效果。讨论了当曲轴系统等效转动惯量和扭转刚度变化时,双级串联式扭转减振器相比其他两种扭转减振器对主系统减振效果的鲁棒特性。给出双级串联式扭转减振器各级固有频率的测试与计算方法,并进行了测试分析。

    1　双级串联式橡胶扭转减振器

    图1为某一双级串联式橡胶扭转减振器总成,其中:两个减振器惯量环使用HT250材料制造;减振器轮毂通过花键与发动机曲轴前端相连;丁晴橡胶圈以一定的压缩比分别压入到惯量环和轮毂、惯量环之间,橡胶圈5和惯量环3组成第1级扭转减振器,橡胶圈2和惯量环1组成第2级扭转减振器。

    2　双级串联式减振器的动态特性

    在设计曲轴扭转减振器时,将发动机曲轴多自由度系统简化为单自由度系统[6],按照动力吸振器的设计原理和理论,优化扭转减振器的基本参数[7]。由于曲轴系统的一阶扭转振动模态阻尼较小,因此在曲轴系统的一阶扭振等效单自由度系统中其阻尼忽略不计[8]。图2为3种类型的扭转减振器安装在发动机曲轴上的等效模型图,其中:I,K分别为曲轴系统等效的转动惯量和扭转刚度。

    2.1　转动惯量的优势

    假设减振器总转动惯量与发动机曲轴主系统的等效惯量之比为L(单级减振器L=I1/I,双级串联、并联减振器均为L=(I1+I2)/I),图3为当L=5%时,3种具有最优参数的扭转减振器的主系统频率响应曲线[9]。各种扭转减振器的参数见表1。

    由图3可见,安装双级串联式扭转减振器、单级扭转减振器、双级并联式扭转减振器时,等效曲轴系统振幅放大系数的峰值分别为5.364,9.367和6.316,表明双级串联式扭转减振器具有良好的减振性能。为了达到双级串联式减振器的减振效果,单级减振器和双级并联式减振器必须增加惯量[10],但是发动机前端的位置是有限的,所以双级串联式减振器在减振器轻量化方面具有一定的优势。