譚小磊

（中石油蘭州石化分公司化工儲運(yùn)中心，甘肅 蘭州 730060）

內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動軸機(jī)械振動直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)車的性能和可靠性。機(jī)械振動可能導(dǎo)致傳動系統(tǒng)的損壞、噪聲污染以及行駛不平穩(wěn)等問題。因此，了解機(jī)械振動的原因并尋找相應(yīng)的處理方法對于提高傳動系統(tǒng)的效率和可靠性至關(guān)重要。

1 減少內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸機(jī)械振動的作用

（1）提高傳動效率。機(jī)械振動會導(dǎo)致能量損耗和能源浪費(fèi)。例如，在不平衡質(zhì)量或偏心問題引起的振動情況下，傳動系統(tǒng)中的軸承和齒輪可能會經(jīng)歷額外的摩擦和阻力，從而降低傳動效率。通過減少振動，降低軸承和齒輪的額外負(fù)荷，可以實(shí)現(xiàn)更高的傳動效率，并提高燃油利用率。（2）增強(qiáng)傳動系統(tǒng)的可靠性。機(jī)械振動會引起零部件的疲勞和損壞。例如，振動可能導(dǎo)致軸承的過早磨損和斷裂，齒輪的脫齒以及連接件的松動等問題。減少振動可以降低零部件的應(yīng)力和磨損程度，延長部件的使用壽命，提高傳動系統(tǒng)的可靠性。（3）改善駕駛舒適度。機(jī)械振動會通過車輛底盤傳導(dǎo)到到車體及駕駛室，給機(jī)車司機(jī)帶來不舒適的感受。尤其是在柴油機(jī)工礦變化大、輸出不穩(wěn)定的情況下，振動會引起駕駛室震動感。減少振動可以降低車輛的振動傳遞，提供更平滑的行駛體驗(yàn)，改善駕駛舒適度。（4）降低噪音污染：機(jī)械振動常常伴隨噪音的產(chǎn)生，對周圍環(huán)境和機(jī)車駕駛造成干擾和不適。振動會導(dǎo)致傳動系統(tǒng)中的零部件相互碰撞、摩擦和共振，進(jìn)而產(chǎn)生噪音。通過減少振動，可以降低這些噪音源，減少車輛的噪音污染，提升整體的環(huán)境友好性。（5）提高行駛穩(wěn)定性：機(jī)械振動會影響車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性能。通過減少振動，可以提高傳動系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性，增強(qiáng)車輛的行駛穩(wěn)定性，使駕駛員能夠更好地控制車輛。

減少內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動軸機(jī)械振動對于提高傳動效率、增強(qiáng)可靠性、改善駕駛舒適度、降低噪音污染和提高行駛穩(wěn)定性都是至關(guān)重要的。這些方面的改進(jìn)將直接影響內(nèi)燃機(jī)車的性能，并在整個鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

2 內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸產(chǎn)生機(jī)械振動的常見原因

2.1 不平衡質(zhì)量

（1）零部件質(zhì)量不均勻。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸由多個零部件組成，包括齒輪、軸承、傳動帶等。如果這些零部件在制造過程中存在質(zhì)量不均勻的問題，如材料分布不均、尺寸偏差過大等，就會導(dǎo)致傳動軸的不平衡質(zhì)量。（2）加工誤差。在傳動軸的制造過程中，加工誤差也可能導(dǎo)致不平衡質(zhì)量。例如，在車削或磨削傳動軸時，由于工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、加工刀具磨損或操作不準(zhǔn)確等原因，可能導(dǎo)致傳動軸的質(zhì)量分布不均勻。（3）裝配不當(dāng)。如果在組裝傳動軸時沒有按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行正確的配重和校正，就會導(dǎo)致傳動軸的不平衡質(zhì)量。例如，未能正確安裝平衡塊或配重片，或者未能調(diào)整各零部件的位置和配重使其達(dá)到平衡狀態(tài)。（4）損耗與磨損。隨著傳動軸的使用，零部件會經(jīng)歷磨損和損耗，這可能導(dǎo)致不平衡質(zhì)量。例如，軸承由于長時間的摩擦和疲勞可能出現(xiàn)局部磨損，導(dǎo)致傳動軸的質(zhì)量分布不均勻。（5）零部件更換不匹配。當(dāng)需要更換傳動軸上的某個零部件時，如齒輪或軸承，如果新安裝的零部件與原有的零部件不匹配，可能會引起傳動軸的不平衡質(zhì)量。因此，在更換零部件時，應(yīng)確保其與原有零部件的質(zhì)量和重量相匹配。

2.2 軸承故障

（1）疲勞。長時間運(yùn)行或頻繁啟動和停止會導(dǎo)致軸承疲勞，從而引發(fā)故障。疲勞通常表現(xiàn)為軸承滾珠或滾道的裂紋、斷裂或剝落。（2）磨損。軸承在運(yùn)行過程中會受到摩擦和磨損的影響。磨損可能由于不良潤滑、灰塵和污垢進(jìn)入軸承、使用壽命過長等原因引起。磨損會導(dǎo)致軸承間隙增加，減少軸承的承載能力和精度，從而引起振動。（3）過熱。軸承在運(yùn)行時如果未能得到適當(dāng)?shù)睦鋮s和潤滑，就可能過熱。過熱會導(dǎo)致軸承材料膨脹、潤滑劑失效，進(jìn)而引發(fā)軸承故障和振動。（4）腐蝕和氧化。環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)和濕度可能導(dǎo)致軸承表面的腐蝕和氧化，損壞軸承的平滑表面。這將增加摩擦和磨損，并導(dǎo)致振動。（5）不良潤滑。軸承需要適當(dāng)?shù)臐櫥詼p少摩擦和磨損。如果潤滑劑不足、污染或選擇不當(dāng)，都會影響軸承的正常運(yùn)行，導(dǎo)致振動問題。（6）安裝錯誤。錯誤的軸承安裝也可能導(dǎo)致振動。例如，過緊的安裝可能導(dǎo)致預(yù)載力過大，而過松的安裝則可能導(dǎo)致間隙過大，都會影響軸承的正常運(yùn)行并引起振動。

2.3 材料疲勞

（1）循環(huán)載荷。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸在運(yùn)行過程中承受循環(huán)載荷，例如，由于發(fā)動機(jī)的爆發(fā)力和傳動系統(tǒng)的負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)矩波動。這些循環(huán)載荷會導(dǎo)致軸材料在應(yīng)力集中的區(qū)域發(fā)生周期性彎曲和拉伸，從而逐漸引發(fā)疲勞裂紋。（2）應(yīng)力集中。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸上的零部件（如齒輪、聯(lián)軸器等）的裝配和運(yùn)行過程中可能會導(dǎo)致應(yīng)力集中。例如，在軸上存在凹槽、孔洞或切口等缺陷，或者由于零部件的不良安裝導(dǎo)致局部應(yīng)力集中。這些應(yīng)力集中區(qū)域容易成為裂紋的起始點(diǎn)，最終導(dǎo)致疲勞斷裂和振動問題。（3）材料缺陷。軸材料本身可能存在缺陷，例如，夾雜物、氣孔、裂紋等。這些缺陷會在應(yīng)力加載下成為疲勞斷裂的起始點(diǎn)。材料質(zhì)量不良、制造過程中的缺陷或使用中的損傷都可能導(dǎo)致材料疲勞。（4）高溫影響。內(nèi)燃機(jī)工作時，傳動軸可能會暴露在高溫環(huán)境中。高溫會引發(fā)材料的晶粒長大和相變，使材料變得脆化，從而增加疲勞開裂的風(fēng)險。（5）彎曲和扭轉(zhuǎn)。內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸在運(yùn)行時會受到扭轉(zhuǎn)和彎曲力的影響。這些力會在軸上產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)變，引發(fā)疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展。

3 內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸機(jī)械振動的處理策略

3.1 動平衡技術(shù)

（1）理解動平衡原理。動平衡是一種通過調(diào)整物體的質(zhì)量分布，使其轉(zhuǎn)動時不會發(fā)生振動的方法。它基于質(zhì)量與距離的平衡原理，即對于一個旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，如果所有質(zhì)量元素在平衡位置上的合力和合力矩均為零，則該系統(tǒng)將保持平衡。（2）檢測振動。首先，需要檢測內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳動軸的振動情況，以了解振動的頻率、幅度和相位等參數(shù)。這可以通過振動傳感器和相關(guān)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和記錄。（3）動平衡測試。使用專業(yè)的動平衡設(shè)備對傳動軸進(jìn)行動平衡測試。這通常涉及將傳動軸安裝到動平衡機(jī)上，并在不同位置上測量和記錄振動數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以確定需要調(diào)整的質(zhì)量和位置。（4）質(zhì)量調(diào)整。根據(jù)動平衡測試結(jié)果，確定在傳動軸上需要增加或減少質(zhì)量的位置。這可以使用配重塊或移除一部分材料來實(shí)現(xiàn)。將質(zhì)量調(diào)整物體安裝在合適的位置上，以達(dá)到平衡。（5）重新測試和校準(zhǔn)。完成質(zhì)量調(diào)整后，再次進(jìn)行動平衡測試，以驗(yàn)證振動水平是否得到了降低。如果仍然存在振動問題，則需要進(jìn)一步調(diào)整或重新校準(zhǔn)質(zhì)量分布。（6）定期維護(hù)和監(jiān)測。一旦傳動軸經(jīng)過動平衡處理，建議進(jìn)行定期維護(hù)和監(jiān)測，以確保振動問題得到長期解決。定期檢查傳動軸的狀態(tài)，并在必要時進(jìn)行再平衡操作，以應(yīng)對因磨損、松動或其他因素可能引起的新的振動問題。

動平衡技術(shù)是一種有效的方法，可以顯著減少傳動軸產(chǎn)生的振動。它可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性、降低噪音和振動水平，延長傳動軸的使用壽命，并提高整體系統(tǒng)的性能和可靠性。

3.2 軸承維護(hù)替換

（1）檢查軸承。首先，需要對傳動軸上的軸承進(jìn)行檢查，包括外觀、運(yùn)行溫度和噪音等方面。檢查是否存在異常磨損、裂紋、松動或過度磨損等問題。（2）清潔軸承。如果發(fā)現(xiàn)軸承存在污垢或潤滑油變質(zhì)的情況，應(yīng)先將其清潔。使用適當(dāng)?shù)那鍧崉┖凸ぞ撸瑥氐浊宄S承表面的污垢，并確保軸承干燥完全。（3）潤滑軸承。清潔后，應(yīng)根據(jù)制造商的建議重新潤滑軸承。選擇適當(dāng)?shù)臐櫥驖櫥?，并按照?guī)定的潤滑量添加到軸承中。確保潤滑劑充分潤滑軸承，并避免過量潤滑。（4）替換損壞的軸承。如果軸承出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、裂紋或其他損壞情況，應(yīng)及時替換。軸承替換前，需要確認(rèn)新軸承與原型號和尺寸相匹配。使用專業(yè)工具將受損的軸承拆下，并安裝新軸承。在安裝過程中，確保正確對位、密封和潤滑。（5）軸承運(yùn)行監(jiān)測。在進(jìn)行軸承維護(hù)和替換后，應(yīng)進(jìn)行軸承的運(yùn)行監(jiān)測。通過振動傳感器、溫度傳感器等設(shè)備實(shí)時監(jiān)測軸承的運(yùn)行狀態(tài)。如果出現(xiàn)異常振動、升溫或噪音等問題，需要進(jìn)一步檢查并采取適當(dāng)措施。

3.3 材料改進(jìn)

在處理內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳統(tǒng)傳動軸機(jī)械振動時，進(jìn)行材料改進(jìn)是一個重要的策略，可以提高傳動軸的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，從而減少振動問題。

（1）分析振動原因。首先，需要分析傳動軸產(chǎn)生振動的原因。可能的原因包括負(fù)載過大、材料不足或疲勞等。通過仔細(xì)檢查和分析，確定引起振動的主要因素。（2）材料選擇。根據(jù)振動原因和傳動軸的工作條件，選擇合適的材料來改進(jìn)傳動軸的性能。常用的傳動軸材料包括優(yōu)質(zhì)鋼、鋁合金和鈦合金等?？紤]材料的強(qiáng)度、硬度、剛度和耐磨性等特性。（3）強(qiáng)化處理。選擇合適的材料后，可以考慮對傳動軸進(jìn)行強(qiáng)化處理，以提高其力學(xué)性能。常見的強(qiáng)化處理方法包括熱處理（如淬火、回火）和表面處理（如噴丸、鍍層）。這些處理方法可以增加傳動軸的硬度、強(qiáng)度和疲勞壽命。（4）模擬分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件進(jìn)行模擬分析，對改進(jìn)后的傳動軸進(jìn)行性能評估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過模擬分析，可以預(yù)測和優(yōu)化傳動軸在實(shí)際工況下的振動特性，并確定最佳的材料和幾何參數(shù)。（5）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)行改進(jìn)后傳動軸的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。使用適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)設(shè)備和測試方法，對改進(jìn)后的傳動軸進(jìn)行振動、強(qiáng)度和耐磨性等方面的測試。與原傳動軸進(jìn)行對比分析，評估改進(jìn)效果，并進(jìn)行必要的調(diào)整和再優(yōu)化。（6）定期維護(hù)和監(jiān)測。一旦改進(jìn)后的傳動軸投入使用，建議進(jìn)行定期維護(hù)和監(jiān)測，以確保其性能和穩(wěn)定性。定期檢查傳動軸的狀態(tài)，包括表面磨損、裂紋和松動等情況，并根據(jù)需要進(jìn)行維護(hù)和替換。

3.4 減少外界擾動

在處理內(nèi)燃機(jī)電機(jī)傳統(tǒng)傳動軸機(jī)械振動時，減少外界擾動是一個重要的策略，可以有效降低振動問題。

（1）振動隔離。采用振動隔離措施可以減少外界擾動對傳動軸的影響。振動隔離通常通過安裝彈性元件（如橡膠墊、彈簧等）來實(shí)現(xiàn)，這樣可以將外界振動與傳動軸分離開來，減小傳遞到傳動軸上的振動能量。（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化。進(jìn)行傳動軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減少外界擾動對傳動軸的傳遞。考慮傳動軸的剛度、幾何形狀和支撐方式等因素，合理設(shè)計(jì)傳動軸結(jié)構(gòu)，降低受到外界振動的敏感度。（3）高效密封。保持傳動軸的密封性能，防止外界污染物和濕氣進(jìn)入傳動軸內(nèi)部，造成振動增加。使用高效的密封件和密封材料，確保傳動系統(tǒng)的良好密封，減少外界環(huán)境對傳動軸的干擾。（4）優(yōu)化安裝。正確安裝傳動軸和相關(guān)部件，確保傳動軸與其他組件之間的配合良好。使用適當(dāng)?shù)木o固和校準(zhǔn)方法，避免傳動軸在工作過程中發(fā)生偏移、松動或失調(diào)，減少外界擾動的影響。（5）振動控制系統(tǒng)。引入振動控制系統(tǒng)可以監(jiān)測和控制傳動軸的振動情況。通過振動傳感器和反饋控制算法，實(shí)時監(jiān)測傳動軸的振動信號，然后采取相應(yīng)的控制手段來減小振動幅值，降低外界擾動的影響。（6）環(huán)境隔離。在需要進(jìn)行精密操作的場合，可以考慮將傳動軸所在的工作區(qū)域進(jìn)行環(huán)境隔離。例如，在維修車間設(shè)置隔音隔震設(shè)施，減少傳動軸受到周圍環(huán)境振動的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動軸機(jī)械振動的深入探討，可以發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的多種原因，包括不平衡質(zhì)量、軸承故障、材料疲勞等。針對這些原因，可以采取一系列的處理措施，如動平衡技術(shù)、軸承維護(hù)和替換、材料改進(jìn)等來降低機(jī)械振動。通過合理的設(shè)計(jì)和有效的維護(hù)，可以顯著減少內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動軸的振動，提高車輛的運(yùn)行效果和駕駛舒適度。未來的研究可以進(jìn)一步探索新的技術(shù)和方法，以更好地解決內(nèi)燃機(jī)車電機(jī)傳動軸機(jī)械振動的問題。例如，使用先進(jìn)的材料和制造工藝來提高傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，開發(fā)智能監(jiān)測系統(tǒng)以實(shí)時監(jiān)測傳動軸的狀態(tài)，并采用主動控制方法來減少振動等。這些努力將有助于改善內(nèi)燃機(jī)車的性能和可靠性，推動整個鐵路運(yùn)輸行業(yè)向更高水平發(fā)展。