第四节 减 振 器

第四节有阻尼自由振动（Damped Free Vibration）前面的自由振动都没有考虑运动中阻力的影响。

实际系统的机械能不可能守恒，因为总存在着各种各样的阻力。

振动中将阻力称为阻尼，例如粘性阻尼、库伦阻尼（干摩擦阻尼）、和结构阻尼及流体阻尼等。

尽管已经提出了许多种数学上描述阻尼的方法，但是实际系统阻尼的物理本质仍然极难确定。

一、粘性阻尼（Viscous Damping）------------- 最常见的阻尼力学模型在流体中低速运动或沿润滑表面滑动的物体，通常就认为受到粘性阻尼。

粘性阻尼力与相对速度成正比，即=F cxF--- 粘性阻尼力，x --- 相对速度⋅c--- 粘性阻尼系数（阻尼系数），单位：N S m二、粘性阻尼自由振动o ()k x ∆+以静平衡位置为坐标原点建立坐标系。

由牛顿运动定律，得运动方程0mxcx kx ++= （2-10） 设方程的解为()st x t Ae =代入式（2-10），得2()0st ms cs k Ae ++=因为0A ≠，所以在任一时间时均能满足上式条件为20ms csk ++= （2-11）------ 系统的特征方程（频率方程） 它的两个根为1,22c s m =-± （2-12）则方程（2-10）的通解为1211212s t s tc t m x A e A ee A A e =+⎛⎫ ⎪=+ ⎪⎝⎭（2-13）式中1A 和2A 为任意常数，由初始条件00(0),(0)x x xx == 确定。

显然方程（2-10）的解（2-13）的性质取决于是实数、零，还是虚数。

当 202c k m m⎛⎫-= ⎪⎝⎭ 时的阻尼系数称为临界阻尼系数，用0c 表示。

因此02n c m ω==令02nc c cc m ζω===叫做阻尼比。

∵ 022n c c m mζζω==∴ 式（2-12）可写成(1,2n s ζω=-± （2-14）可见1s 和2s 的性质决定于ζ的值。

柴油机及辅助系统3第一节概述柴油机是内燃机车的动力装置，虽然不同用途机车上装用的柴油机型号不同，如东风5型机车上装用的是8240ZJ型，东风7G型机车上装用的是12V240ZJ型，东风4B型机车上装用的是16V240ZJB型，东风8和东风11型机车上装用的是16V280型，但其基本组成和工作原理是相同的。

一、柴油机的常用术语上止点：也叫上死点、内止点，指活塞在气缸中上行到最高位置，此时活塞距曲轴中心线最远。

下止点：也叫下死点、外止点，指活塞在气缸中下行到最低位置，此时活塞距曲轴中心线最近。

活塞行程：活塞从上止点移动到下止点，或从下止点移动到上止点所行经的距离叫做活塞行程。

工作容积：活塞从上止点移动到下止点，或从下止点移动到上止点所走过的气缸容积，叫做气缸的容积。

燃烧室容积：也叫余隙容积或压缩容积，即活塞位于上止点时，活塞、气缸套及气缸盖所包围的空间容积，叫做燃烧室容积。

气缸总容积：气缸工作容积与燃烧室容积之和叫做气缸总容积。

压缩比：气缸工作容积与燃烧室容积之叫做压缩比。

进（排）气持续角：进（排）气门开启至关闭所转过的曲轴转角称为进（排）气持续角。

16 V 240ZJB型柴油机的进排气持续角是264°40′。

几何供油提前角：当活塞到达上止点前，喷油器开始供油时的曲轴转角称为几何供油提前角。

16V240ZJB型柴油机的供油提前角是21°。

16V280型柴油机的供油提前角是22°。

二、柴油机的工作原理一般情况，四冲程柴油机的工作过程是由进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程这四个冲程组成一个工作循环，在这个循环过程中柴油机曲轴要旋转两圈，四冲程柴油机的实际工作状态与理论上相比是有一定差异的，不同类型的柴油机其进气门和排气门的开启和关闭、喷油器供油的时刻是不同的。

下面以国产16V240ZJB型和16V280型机车用柴油机的工作过程来叙述柴油机的工作原理。

16V240ZJB型和16V280型柴油机是我国自行设计研制的铁路机车用柴油机，它是四冲程、直接喷射、开式燃烧室、废气涡轮增压、增压空气中间冷却式柴油机，其工作过程如下：（一）进气冲程在配气机构的作用下，进气门在活塞处于上止点前某一曲轴转角（16V240ZJB 型柴油机是42°20′，16V280型柴油机是59°）时开启，新鲜空气通过增压并冷却后，经稳压箱、进气支管、气缸盖进气道进入气缸，当活塞运动到下止点前某一曲轴转角（16V240ZJB 型柴油机是42°20′，16V280型柴油机是59°）时，进气门关闭，进气过程结束。

编委名单主编编委会杨龙张浩宇陈蕴康国文林振扬李超王东晨任艾佳刘玉芳赵静马志军金晓丽北方工业出版社丁伟新型减振器设计手册前言减振器是机车车辆上的一个重要部件。

quot世纪quot年代末美国和欧洲一些发达国家在铁道机车车辆上相继采用了液压减振器用螺旋弹簧加液压减振器的悬挂系统代替过去的叠板弹簧到quot 年代末液压减振器已得到了普遍的应用和推广。

quot世纪quot年代末quot年代初我国在自行设计开发国产客产和内燃机车的同时研制了国产液压减振器初期虽然问题很多但是经过不断的研究和改进到ampquot年代初己达到定型生产。

由于长期以来我国客运速度不高国产减振器基本上可以满足当时的运用要求。

由于列车提速振动加剧减振器的作用显得更为重要成为提高舒适度、保证安全性的重要部件之一。

同时由于振动加剧减振器的工作条件更加苛刻在机车车辆上使用的品种也越来越多。

为了促进减振器设计选型技术水平的提高加强减振器质量检验工作我们特组织有关专家、学者编撰了本手册。

手册分为减振器基础知识、减振器设计选型概论、橡胶减振器设计选型、弹簧减振器设计选型、流体减振器设计选型、转子减振器设计选型、轴承减振器设计选型、铁路机车车辆液压减振器设计选型、导管和螺栓的减振和抗振、减振器的性能测试、减振器的检修及减振器质量检修标准规范内容全面、新颖。

手册在编撰过程中参照了有关的国家标准规范参考了有关资料在此一并表示感谢。

由于编者水平有限手册难免有不足或不当之处恳请广大专家、学者批评指正。

手册编委会年月目录第一篇减振器基础知识第一章减振概述……………………………………………………………………第二章减振试验quot……………………………………………………………………第三章减振器性能描述……………………………………………………………第一节减振器阻尼特性的理论基础……………………………………………第二节减振器刚度特性的理论基础…………………………………………第三节减振器的线性?枘崽匦浴谒慕诩跽衿鞯姆窍咝宰枘崽匦詀mp……………………………………………第二篇减振器设计选型概论第一章减振器参数设计的基本理论……………………………………………第一节参数设计的内容………………………………………………………第二节确定阻尼率的简化模型及分析amp………………………………………第三节阻尼对振动的影响’……………………………………………………第二章减振器阻尼参数的设计基础……………………………………………第一节垂向振动中二系阻尼优化值…………………………………………第二节横向振动中二系阻尼优化值…………………………………………第三节—系悬挂阻尼参数设计计算示例……………………………………第三章减振器阻力特性的计算与分析’…………………………………………第一节减振器阻力特性的计算’………………………………………………第二节影响减振器阻力特性的主要因素’……………………………………第三节油液双向流动减振器的阻力特性quot……………………………………第四节卸荷特性和摩擦阻力特性quot……………………………………………第四章减振器的选型设计quot………………………………………………………第三篇橡胶减振器设计选型第一章橡胶减振器特性quot…………………………………………………………第二章简便橡胶减振器设计选型………………………………………………第三章组合式橡胶减振器设计选型amp……………………………………………目录第四篇弹簧减振器设计选型第一章螺旋弹簧减振器设计选型quot………………………………………………第二章异形弹簧减振器设计选型………………………………………………第五篇流体减振器设计选型第一章油液减振器设计选型amp……………………………………………………第二章空气减振器设计选型’’……………………………………………………第六篇转子减振器设计选型第一章平衡减振器设计选型’……………………………………………………第二章阻尼减振器设计选型quot……………………………………………………第一节摩擦阻尼quot………………………………………………………………第二节冲击阻尼………………………………………………………………第三节电磁阻尼quot………………………………………………………………第四节水力阻尼amp………………………………………………………………第七篇轴承减振器设计选型第一章弹性轴承减振器设计选型amp………………………………………………第二章油膜轴承减振器设计选型amp………………………………………………第八篇铁路机车车辆液压减振器设计选型第一章液压减振器设计选型amp……………………………………………………第一节液压减振器的作用和类型amp……………………………………………第二节液压减振器在机车车辆上的应用……………………………………第三节液压减振器阻尼作用的理论基础……………………………………第二章柯尼减振器设计选型……………………………………………………第一节柯尼垂向减振器的结构和特点………………………………………第二节柯尼抗蛇行与横向减振器的结构和特点……………………………第三节柯尼减振器的型号与规格quot……………………………………………第三章迪斯潘减振器设计选型…………………………………………………第一节迪斯潘减振器的基本结构……………………………………………第二节迪斯潘减振器的主要特点’……………………………………………第三节迪斯潘减振器的型号与规格’quot…………………………………………第四章萨克斯减振器设计选型’…………………………………………………第一节萨克斯垂向与横向减振器的结构和特点’……………………………第二节萨克斯抗蛇行减振器的结构和特点’’…………………………………第三节萨克斯减振器的型号与规格’…………………………………………??’??目录第五章国外其他型号的减振器设计选型quot………………………………………第一节美国蒙诺减振器quot………………………………………………………第二节俄罗斯型减振器amp…………………………………………………第三节日本减振器’……………………………………………………………第四节原民主德国减振器……………………………………………………第五节瑞典减振器quot……………………………………………………第六章国产减振器设计选型quot……………………………………………………第一节国产减振器的发展quot……………………………………………………第二节-型减振器quot.…………………………………………………………第三节/0.’型减振器’………………………………………………………第四节1型减振器…………………………………………………………第五节型减振器2……………………………………………………………第六节新型减振器.’……………………………………………………………第九篇导管和螺栓的减振和抗振第一章导管的减振amp………………………………………………………………第二章螺栓的抗振………………………………………………………………第十篇减振器的性能测试第一章测试系统的组成’…………………………………………………………第一节驱动装置’………………………………………………………………第二节计算机测试系统’………………………………………………………第二章测试内容和方法’…………………………………………………………第一节温度变化对减振器特性影响的试验’…………………………………第二节泄漏试验’2………………………………………………………………第三节阻力特性试验3’…………………………………………………………第四节动态特性的测试和评定33………………………………………………第三章减振器试验台3……………………………………………………………第一节42型试验台3…………………………………………………………第二节柯尼减振器试验台3.……………………………………………………第三节萨克斯减振器试验台32…………………………………………………第十一篇减振器的检修第一章提高检修质量的重要性和措施amp…………………………………………第一节减振器检修工作的重要性amp……………………………………………第二节提高检修质量的措施…………………………………………………目录第二章减振器检修办法quot…………………………………………………………第一节修程quot…………………………………………………………………第二节检修要求………………………………………………………………第三节液压减振器试验台试验要求…………………………………………第四节检修工艺quot………………………………………………………………第三章柯尼减振器的检修………………………………………………………第一节检修工艺………………………………………………………………第二节锁紧扭矩amp………………………………………………………………第三节试验与示功图调整……………………………………………………第四章迪斯潘减振器的检修’……………………………………………………第一节检修工艺’………………………………………………………………第二节锁紧扭矩’………………………………………………………………第三节性能参数与示功图调整’………………………………………………第五章萨克斯减振器的检修quot……………………………………………………第一节检修工艺quot………………………………………………………………第二节锁紧扭矩amp………………………………………………………………第三节性能参数与示功图调整amp………………………………………………第十二篇减振器质量检修标准规范第一章-’.’/弹性阻尼簧片减振器.………………………………第二章-./.扭转振动减振器amp……………………………………第三章-’/quot扭转振动减振器特性描述……………………………第四章0-./振动压路机用橡胶减振器技术条件’……………………第五章0-ampampquot1/quot农用运输车减振器’quotquot………………………………第六章0-ampquot/弹簧减振器’……………………………………………第七章23-’/汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件’’………………第八章23-’/汽车筒式减振器台架试验方法’.………………………第九章23-’./汽车筒式减振器清洁度限值及测定方法’.quot……………第十章--’/quot’机车车辆油压减振器技术条件’.………………………第十一章--quotquotquot/quot’机车车辆油压减振器试验台技术条件’……………第十二章铁路减振器欧洲标准部分内容’’………………………………………第一节减振器的定义和符号’’…………………………………………………第二节减振器性能描述一览表’………………………………………………??’??目录第十三章相关标准规范quot…………………………………………………………号帽型钢quot………………………………………………………………………amp乙字型钢quot’……………………………………………………………………型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定amp………………………………优质结构钢冷拉钢材技术条件…………………………………………………不锈钢冷加工钢棒amp………………………………………………………………钢件的正火与退火amp………………………………………………………………钢件的淬火与回火quot………………………………………………………………钢件的气体渗氮…………………………………………………………………钢铁件激光表面淬火……………………………………………………………钢件的渗碳与碳氮共渗淬火回火amp………………………………………………气体氮碳共渗’……………………………………………………………………钢的锻造余热淬火回火处理’……………………………………………………渗硼’……………………………………………………………………………硼砂熔盐渗金属…………………………………………………………………盐浴热处理………………………………………………………………………离子渗氮quot…………………………………………………………………………低温化学热处理工艺方法选择通则……………………………………………可锻铸铁热处理’ampamp…………………………………………………………………灰铸铁件热处理’amp…………………………………………………………………高温合金热处理’amp…………………………………………………………………粉末渗金属’………………………………………………………………………深层渗碳’…………………………………………………………………………钢件在吸热式气氛中的热处理’’…………………………………………………真空热处理’………………………………………………………………………工具钢淬透性试验方法’…………………………………………………………钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核’quot…………………………………钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定’…………………………热处理炉有效加热区测定方法’’…………………………………………………金属显微组织检验方法’…………………………………………………………金属热处理工艺术语’’’……………………………………………………………热处理工艺材料名词术语………………………………………………………目录金属热处理工艺分类及代号quot……………………………………………………热处理设备术语…………………………………………………………………热处理技术要求在零件图样上的表示方法amp……………………………………可控气氛分类及代号’……………………………………………………………定量金相手工测定方法’…………………………………………………………钢铁零件渗金属层金相检验方法………………………………………………低、中碳钢球化体评级’amp’…………………………………………………………热处理炉有效加热区的测定’……………………………………………………钢铁热处理零件硬度检验通则’quot’…………………………………………………球墨铸铁热处理工艺及质量检验’………………………………………………灰铸铁接触电阻加热淬火质量检验和评级’quot……………………………………渗硼层显微组织、硬度及层深检测方法’amp………………………………………薄层碳氮共渗或薄层渗?几旨 晕⒆橹咛几吆辖鸶种评渥髂＞呦晕⒆橹 煅椤觳狻目录第第第第第第第第第第一一一一一一 ?………一一一一篇篇篇篇篇篇篇篇篇篇减振器基础知识第一章减振概述振动并不是在所有情况下都有害有时还专门利用振动。

第十九章 悬架本章重点：车架的功用、组成，非独立悬架、独立悬架的结构型式、性能特点，各种弹性元件 的结构与工作原理。

本章难点：双向作用筒式减振器的结构与工作原理，各种导向杆件的结构与性能特点。

第一节 概述一、组成和功用汽车车架（或车身）若直接安装于车桥（或车轮）上，由于道路不平，由于地面冲击使货物和 人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。

汽车悬架是车架（或车身）与车轴（或车轮） 之间的弹性联结装置的统称。

它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），缓和行驶中车辆受到的 冲击力。

保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势， 改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以 及这些力所造成的力矩作用到车架（或车身）上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动 时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳 动的导向作用。

一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。

在多数的轿车和客车上，为防止 车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件——横向稳定器。

汽车悬架的组成示意图：二、悬架系统的自然振动频率（固有频率）汽车自然振动频率是影响汽车平顺性的重要性能指标之一，一般称之为车辆的偏频。

其取值范 围一般在 1­1.6Hz 之间。

该频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。

计算公式如下：其中，C—悬架刚度（=Mg/f ）fg M C p p 2 1 2 1 n = =M—簧载质量f—挠度由以上公式可知：簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小，但悬架垂直变形增大。

悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小。

为使车辆的载荷变化时 n 的变化小，需要悬架的弹簧具有变刚度特性，以保证车辆在不同的载 荷情况下具有相当的行驶平顺性。

三、 悬架系统的类型按汽车悬架的性能是否可控，分为：被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。

第四节轴系的纵向振动一、轴系的纵向振动及危害轴系在外力作用下，沿轴线方向产生的周期性变形现象，称为轴系的纵向振动。

轴系纵振的激振力主要是气缸内的气体压力和往复运动部件产生的惯性力通过连杆作用在曲柄销上的径向分量和螺旋桨在不均匀伴流场中产生的周期性轴向激振力。

此外，轴系的扭转振动也可能激起轴系的纵向振动，特别是在扭振固有频率与纵振固有频率相同或相近时，还会产生扭转-纵向耦合振动现象。

推进轴系纵向振动的危害性主要表现在以下几个方面：（1）柴油机、传动装置和轴系的故障。

如：曲轴弯曲疲劳破坏；推力轴承的松动；艉轴管的早期磨损；传动齿轮的破坏和磨损等。

（2）在推力轴承上的轴向力作用在柴油机的机体上并引起船体构件及上层建筑的附加振动。

对于中速柴油机一般不存在轴向振动，因为中速机的轴系刚度很高，其固有频率远高于激振力的频率。

中国船级社要求对于大型低速柴油机推进轴系，必须提交其推进轴系的纵向振动特性并获得船级社的批准。

二、推进轴系纵向振动的消减和回避1.推进轴系纵向振动的衡量标准中国船级社要求持续运转的纵振振幅不得超过计算值。

对于瞬时通过的允许纵振振幅值，一般不超过计算值的1.5倍。

如果超过持续运转的许用值，则应设转速禁区。

一般在r=0.85时由共振或上坡波产生的纵振振幅应不超过持续运转许用值，在r=1.0时由共振或下坡波产生的纵振振幅也应不超过持续运转许用值。

2. 纵向振动的消减和回避（1）调频系统纵振固有频率的基本方法是改变轴段的纵向刚度、集中质量及分布。

改变轴系的长度或直径，可以提高或降低轴系的纵振固有频率，从而把有害纵振共振移开；在轴系纵振相对振幅较大处安装附加质量，或调整主机飞轮质量，不仅可以降低轴系纵振固有频率而且可以改变振型，从而达到避开有害纵振共振转速或减小振幅的作用。

（2）减小输入系统的激振能量副简谐引起的有害共振和柴油机发火顺序有关。

改变发火顺序，可以减小输入系统的振动能量。

但这一方法对主简谐引起的纵振无效。

第六章排气系统的振动分析排气系统一端与发动机相连，另一端则通过挂钩与车体相连。

发动机的振动传递给排气系统，然后在通过挂钩传给车体。

车体的振动通过座椅、方向盘和地板直接传给顾客，同时车体的振动也会幅射出去，在车内产生噪声。

所以控制传到车体的力是排气系统振动控制的最重要的目标之一。

排气系统的振动分析涉及到三个方面：模态分析，动力分析和传递渠道的灵敏度分析。

排气系统的结构非常复杂，几乎不可能用经典的力学分析来了解其振动特性，在工业界，有限元方法已经得到了广泛应用。

第一节排气系统的振动源排气系统的振动源主要有四个：发动机的机械振动，发动机的气流冲击，声波激励和车体的振动，如图6.1所示。

第一，发动机机械振动。

排气系统直接与发动机相连接，因此发动机的振动也就直接传递给排气系统。

第二，气流冲击。

高速气流经过汽缸排出，直接冲击排气多支管，从而引起排气系统振动，特别是对于转弯较急的部分。

当气流进入到排气系统后，气流在管道内产生紊流，从而引起排气管道的振动。

第三是声波激励的振动。

声波在管道中运动时，会对管道和消音元件等结构产生冲击，因此而引起振动。

排气系统是通过挂钩与车体相连，因此这些振动会通过挂钩传递到车体。

排气系统的第四个振动源是车体的振动。

这个振动传递方向与前面三种相反，车体振动也会通过挂钩传递到排气系统。

这种传递会逆向传递到发动机，从而加大了发动机的振动。

图6.1 排气系统的振动源第二节排气系统的振动模态分析模态分析是排气系统动力计算的关键。

我们知道排气系统与发动机和车体相连，因此排气系统的模态必须与发动机的激振频率和车体的模态分开，否则系统耦合在一起会产生强烈的共振。

通过排气系统的模态分析还可以知道系统的节点和反节点，从而可以更有效地布置挂钩的位置。

通常，挂钩是放在节点的位置，这样传递力会最小。

在排气系统模态分析时，通常要对下面几个指标设定目标：第一阶垂向弯曲模态第一阶横向弯曲模态第一阶横向扭转模态模态密度第一阶垂向弯曲模态和第一阶横向弯曲模态是排气系统中最容易被发动机激励起的模态，同时这两个模态的振动也最容易传递到车体并与车体发生共振。

教学设计教学过程教学环节教师讲授、指导（主导）内容学生学习、操作（主体）活动时间分配一、复习提问二、课堂讲授师生互致问候，宣布开始上课。

1、请描述轮对的组成？2、请说明轮对组装的一般要求？新课导入车辆在轨道上运行时，由于线路不平顺、轨隙、道岔、轨面的缺陷和磨耗以及车轮踏面的斜度、擦伤和轮轴的偏心等原因，必将伴随产生复杂的振动和冲击。

为了提高车辆运行的平稳性，保证乘客的舒适，必须设有弹簧减振装置。

第四节弹簧减振装置一、弹簧结构及特性1、弹簧特性及串、并联2、弹簧的分类（1）扭杆弹簧和环弹簧（2）橡胶弹性元件：橡胶元件的力学性能不同于一般的金属元件，橡胶的弹性模量比金属小得多，可以获得较大的弹性变形，容易实现预想的非线性特性。

（3）空气簧学生集中注意力，开始进入学习状态。

积极主动回答问题，进行自我检测，提出疑问知识点通过图片积极思考，组织语言归纳总结。

55105二、空气弹簧装置系统的组成1、高度调整阀的作用与组成2、高度调整阀的工作原理3、高度调整阀的主要特性及参数4、LV—3型高度调整阀的结构二、减振元件1、减振元件的作用及分类2、油压减振器的结构及工作原理对要求进行记录，完成小组划分，对不清楚的地方及时提问。

有秩序的进行小组展示，展示结束后进行自我反思。

学生根据教师的总结，反思自己的表现，实现提升完善。

学生认真完整课后作业复习回顾上节课要知识152015。