內燃機車電機傳動軸機械振動的原因和處理探討

譚小磊

（中石油蘭州石化分公司化工儲運中心，甘肅 蘭州 730060）

內燃機車電機傳動軸機械振動直接關系到內燃機車的性能和可靠性。機械振動可能導致傳動系統的損壞、噪聲污染以及行駛不平穩等問題。因此，了解機械振動的原因并尋找相應的處理方法對于提高傳動系統的效率和可靠性至關重要。

1 減少內燃機電機傳動軸機械振動的作用

（1）提高傳動效率。機械振動會導致能量損耗和能源浪費。例如，在不平衡質量或偏心問題引起的振動情況下，傳動系統中的軸承和齒輪可能會經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荷，可以實現更高的傳動效率，并提高燃油利用率。（2）增強傳動系統的可靠性。機械振動會引起零部件的疲勞和損壞。例如，振動可能導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力和磨損程度，延長部件的使用壽命，提高傳動系統的可靠性。（3）改善駕駛舒適度。機械振動會通過車輛底盤傳導到到車體及駕駛室，給機車司機帶來不舒適的感受。尤其是在柴油機工礦變化大、輸出不穩定的情況下，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，改善駕駛舒適度。（4）降低噪音污染：機械振動常常伴隨噪音的產生，對周圍環境和機車駕駛造成干擾和不適。振動會導致傳動系統中的零部件相互碰撞、摩擦和共振，進而產生噪音。通過減少振動，可以降低這些噪音源，減少車輛的噪音污染，提升整體的環境友好性。（5）提高行駛穩定性：機械振動會影響車輛的行駛穩定性和操控性能。通過減少振動，可以提高傳動系統的剛度和穩定性，增強車輛的行駛穩定性，使駕駛員能夠更好地控制車輛。

減少內燃機車電機傳動軸機械振動對于提高傳動效率、增強可靠性、改善駕駛舒適度、降低噪音污染和提高行駛穩定性都是至關重要的。這些方面的改進將直接影響內燃機車的性能，并在整個鐵路運輸領域中發揮重要作用。

2 內燃機電機傳動軸產生機械振動的常見原因

2.1 不平衡質量

（1）零部件質量不均勻。內燃機電機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量不均勻的問題，如材料分布不均、尺寸偏差過大等，就會導致傳動軸的不平衡質量。（2）加工誤差。在傳動軸的制造過程中，加工誤差也可能導致不平衡質量。例如，在車削或磨削傳動軸時，由于工藝參數設置不當、加工刀具磨損或操作不準確等原因，可能導致傳動軸的質量分布不均勻。（3）裝配不當。如果在組裝傳動軸時沒有按照設計要求進行正確的配重和校正，就會導致傳動軸的不平衡質量。例如，未能正確安裝平衡塊或配重片，或者未能調整各零部件的位置和配重使其達到平衡狀態。（4）損耗與磨損。隨著傳動軸的使用，零部件會經歷磨損和損耗，這可能導致不平衡質量。例如，軸承由于長時間的摩擦和疲勞可能出現局部磨損，導致傳動軸的質量分布不均勻。（5）零部件更換不匹配。當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量。因此，在更換零部件時，應確保其與原有零部件的質量和重量相匹配。

2.2 軸承故障

（1）疲勞。長時間運行或頻繁啟動和停止會導致軸承疲勞，從而引發故障。疲勞通常表現為軸承滾珠或滾道的裂紋、斷裂或剝落。（2）磨損。軸承在運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、灰塵和污垢進入軸承、使用壽命過長等原因引起。磨損會導致軸承間隙增加，減少軸承的承載能力和精度，從而引起振動。（3）過熱。軸承在運行時如果未能得到適當的冷卻和潤滑，就可能過熱。過熱會導致軸承材料膨脹、潤滑劑失效，進而引發軸承故障和振動。（4）腐蝕和氧化。環境中的腐蝕性物質和濕度可能導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，并導致振動。（5）不良潤滑。軸承需要適當的潤滑以減少摩擦和磨損。如果潤滑劑不足、污染或選擇不當，都會影響軸承的正常運行，導致振動問題。（6）安裝錯誤。錯誤的軸承安裝也可能導致振動。例如，過緊的安裝可能導致預載力過大，而過松的安裝則可能導致間隙過大，都會影響軸承的正常運行并引起振動。

2.3 材料疲勞

（1）循環載荷。內燃機電機傳動軸在運行過程中承受循環載荷，例如，由于發動機的爆發力和傳動系統的負載變化引起的轉矩波動。這些循環載荷會導致軸材料在應力集中的區域發生周期性彎曲和拉伸，從而逐漸引發疲勞裂紋。（2）應力集中。內燃機電機傳動軸上的零部件（如齒輪、聯軸器等）的裝配和運行過程中可能會導致應力集中。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致局部應力集中。這些應力集中區域容易成為裂紋的起始點，最終導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。這些缺陷會在應力加載下成為疲勞斷裂的起始點。材料質量不良、制造過程中的缺陷或使用中的損傷都可能導致材料疲勞。（4）高溫影響。內燃機工作時，傳動軸可能會暴露在高溫環境中。高溫會引發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險。（5）彎曲和扭轉。內燃機電機傳動軸在運行時會受到扭轉和彎曲力的影響。這些力會在軸上產生彎曲和扭轉應變，引發疲勞裂紋的形成和擴展。

3 內燃機電機傳動軸機械振動的處理策略

3.1 動平衡技術

（1）理解動平衡原理。動平衡是一種通過調整物體的質量分布，使其轉動時不會發生振動的方法。它基于質量與距離的平衡原理，即對于一個旋轉的系統，如果所有質量元素在平衡位置上的合力和合力矩均為零，則該系統將保持平衡。（2）檢測振動。首先，需要檢測內燃機電機傳動軸的振動情況，以了解振動的頻率、幅度和相位等參數。這可以通過振動傳感器和相關的數據采集設備進行實時監測和記錄。（3）動平衡測試。使用專業的動平衡設備對傳動軸進行動平衡測試。這通常涉及將傳動軸安裝到動平衡機上，并在不同位置上測量和記錄振動數據。根據這些數據，可以確定需要調整的質量和位置。（4）質量調整。根據動平衡測試結果，確定在傳動軸上需要增加或減少質量的位置。這可以使用配重塊或移除一部分材料來實現。將質量調整物體安裝在合適的位置上，以達到平衡。（5）重新測試和校準。完成質量調整后，再次進行動平衡測試，以驗證振動水平是否得到了降低。如果仍然存在振動問題，則需要進一步調整或重新校準質量分布。（6）定期維護和監測。一旦傳動軸經過動平衡處理，建議進行定期維護和監測，以確保振動問題得到長期解決。定期檢查傳動軸的狀態，并在必要時進行再平衡操作，以應對因磨損、松動或其他因素可能引起的新的振動問題。

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

3.2 軸承維護替換

（1）檢查軸承。首先，需要對傳動軸上的軸承進行檢查，包括外觀、運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。如果發現軸承存在污垢或潤滑油變質的情況，應先將其清潔。使用適當的清潔劑和工具，徹底清除軸承表面的污垢，并確保軸承干燥完全。（3）潤滑軸承。清潔后，應根據制造商的建議重新潤滑軸承。選擇適當的潤滑脂或潤滑油，并按照規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。如果軸承出現嚴重磨損、裂紋或其他損壞情況，應及時替換。軸承替換前，需要確認新軸承與原型號和尺寸相匹配。使用專業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）軸承運行監測。在進行軸承維護和替換后，應進行軸承的運行監測。通過振動傳感器、溫度傳感器等設備實時監測軸承的運行狀態。如果出現異常振動、升溫或噪音等問題，需要進一步檢查并采取適當措施。

3.3 材料改進

在處理內燃機電機傳統傳動軸機械振動時，進行材料改進是一個重要的策略，可以提高傳動軸的強度、剛度和耐磨性，從而減少振動問題。

（1）分析振動原因。首先，需要分析傳動軸產生振動的原因。可能的原因包括負載過大、材料不足或疲勞等。通過仔細檢查和分析，確定引起振動的主要因素。（2）材料選擇。根據振動原因和傳動軸的工作條件，選擇合適的材料來改進傳動軸的性能。常用的傳動軸材料包括優質鋼、鋁合金和鈦合金等。考慮材料的強度、硬度、剛度和耐磨性等特性。（3）強化處理。選擇合適的材料后，可以考慮對傳動軸進行強化處理，以提高其力學性能。常見的強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、強度和疲勞壽命。（4）模擬分析和優化設計。使用計算機輔助工程（CAE）軟件進行模擬分析，對改進后的傳動軸進行性能評估和優化設計。通過模擬分析，可以預測和優化傳動軸在實際工況下的振動特性，并確定最佳的材料和幾何參數。（5）實驗驗證。進行改進后傳動軸的實驗驗證。使用適當的試驗設備和測試方法，對改進后的傳動軸進行振動、強度和耐磨性等方面的測試。與原傳動軸進行對比分析，評估改進效果，并進行必要的調整和再優化。（6）定期維護和監測。一旦改進后的傳動軸投入使用，建議進行定期維護和監測，以確保其性能和穩定性。定期檢查傳動軸的狀態，包括表面磨損、裂紋和松動等情況，并根據需要進行維護和替換。

3.4 減少外界擾動

在處理內燃機電機傳統傳動軸機械振動時，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）來實現，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）結構優化。進行傳動軸結構的優化設計，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，合理設計傳動軸結構，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入傳動軸內部，造成振動增加。使用高效的密封件和密封材料，確保傳動系統的良好密封，減少外界環境對傳動軸的干擾。（4）優化安裝。正確安裝傳動軸和相關部件，確保傳動軸與其他組件之間的配合良好。使用適當的緊固和校準方法，避免傳動軸在工作過程中發生偏移、松動或失調，減少外界擾動的影響。（5）振動控制系統。引入振動控制系統可以監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，實時監測傳動軸的振動信號，然后采取相應的控制手段來減小振動幅值，降低外界擾動的影響。（6）環境隔離。在需要進行精密操作的場合，可以考慮將傳動軸所在的工作區域進行環境隔離。例如，在維修車間設置隔音隔震設施，減少傳動軸受到周圍環境振動的影響。

4 結語

綜上所述，通過對內燃機車電機傳動軸機械振動的深入探討，可以發現其產生的多種原因，包括不平衡質量、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、軸承維護和替換、材料改進等來降低機械振動。通過合理的設計和有效的維護，可以顯著減少內燃機車電機傳動軸的振動，提高車輛的運行效果和駕駛舒適度。未來的研究可以進一步探索新的技術和方法，以更好地解決內燃機車電機傳動軸機械振動的問題。例如，使用先進的材料和制造工藝來提高傳動系統的結構強度和剛度，開發智能監測系統以實時監測傳動軸的狀態，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燃機車的性能和可靠性，推動整個鐵路運輸行業向更高水平發展。