内燃机车电机传动轴机械振动的原因和处理探讨

谭小磊

（中石油兰州石化分公司化工储运中心，甘肃 兰州 730060）

内燃机车电机传动轴机械振动直接关系到内燃机车的性能和可靠性。机械振动可能导致传动系统的损坏、噪声污染以及行驶不平稳等问题。因此，了解机械振动的原因并寻找相应的处理方法对于提高传动系统的效率和可靠性至关重要。

1 减少内燃机电机传动轴机械振动的作用

（1）提高传动效率。机械振动会导致能量损耗和能源浪费。例如，在不平衡质量或偏心问题引起的振动情况下，传动系统中的轴承和齿轮可能会经历额外的摩擦和阻力，从而降低传动效率。通过减少振动，降低轴承和齿轮的额外负荷，可以实现更高的传动效率，并提高燃油利用率。（2）增强传动系统的可靠性。机械振动会引起零部件的疲劳和损坏。例如，振动可能导致轴承的过早磨损和断裂，齿轮的脱齿以及连接件的松动等问题。减少振动可以降低零部件的应力和磨损程度，延长部件的使用寿命，提高传动系统的可靠性。（3）改善驾驶舒适度。机械振动会通过车辆底盘传导到到车体及驾驶室，给机车司机带来不舒适的感受。尤其是在柴油机工矿变化大、输出不稳定的情况下，振动会引起驾驶室震动感。减少振动可以降低车辆的振动传递，提供更平滑的行驶体验，改善驾驶舒适度。（4）降低噪音污染：机械振动常常伴随噪音的产生，对周围环境和机车驾驶造成干扰和不适。振动会导致传动系统中的零部件相互碰撞、摩擦和共振，进而产生噪音。通过减少振动，可以降低这些噪音源，减少车辆的噪音污染，提升整体的环境友好性。（5）提高行驶稳定性：机械振动会影响车辆的行驶稳定性和操控性能。通过减少振动，可以提高传动系统的刚度和稳定性，增强车辆的行驶稳定性，使驾驶员能够更好地控制车辆。

减少内燃机车电机传动轴机械振动对于提高传动效率、增强可靠性、改善驾驶舒适度、降低噪音污染和提高行驶稳定性都是至关重要的。这些方面的改进将直接影响内燃机车的性能，并在整个铁路运输领域中发挥重要作用。

2 内燃机电机传动轴产生机械振动的常见原因

2.1 不平衡质量

（1）零部件质量不均匀。内燃机电机传动轴由多个零部件组成，包括齿轮、轴承、传动带等。如果这些零部件在制造过程中存在质量不均匀的问题，如材料分布不均、尺寸偏差过大等，就会导致传动轴的不平衡质量。（2）加工误差。在传动轴的制造过程中，加工误差也可能导致不平衡质量。例如，在车削或磨削传动轴时，由于工艺参数设置不当、加工刀具磨损或操作不准确等原因，可能导致传动轴的质量分布不均匀。（3）装配不当。如果在组装传动轴时没有按照设计要求进行正确的配重和校正，就会导致传动轴的不平衡质量。例如，未能正确安装平衡块或配重片，或者未能调整各零部件的位置和配重使其达到平衡状态。（4）损耗与磨损。随着传动轴的使用，零部件会经历磨损和损耗，这可能导致不平衡质量。例如，轴承由于长时间的摩擦和疲劳可能出现局部磨损，导致传动轴的质量分布不均匀。（5）零部件更换不匹配。当需要更换传动轴上的某个零部件时，如齿轮或轴承，如果新安装的零部件与原有的零部件不匹配，可能会引起传动轴的不平衡质量。因此，在更换零部件时，应确保其与原有零部件的质量和重量相匹配。

2.2 轴承故障

（1）疲劳。长时间运行或频繁启动和停止会导致轴承疲劳，从而引发故障。疲劳通常表现为轴承滚珠或滚道的裂纹、断裂或剥落。（2）磨损。轴承在运行过程中会受到摩擦和磨损的影响。磨损可能由于不良润滑、灰尘和污垢进入轴承、使用寿命过长等原因引起。磨损会导致轴承间隙增加，减少轴承的承载能力和精度，从而引起振动。（3）过热。轴承在运行时如果未能得到适当的冷却和润滑，就可能过热。过热会导致轴承材料膨胀、润滑剂失效，进而引发轴承故障和振动。（4）腐蚀和氧化。环境中的腐蚀性物质和湿度可能导致轴承表面的腐蚀和氧化，损坏轴承的平滑表面。这将增加摩擦和磨损，并导致振动。（5）不良润滑。轴承需要适当的润滑以减少摩擦和磨损。如果润滑剂不足、污染或选择不当，都会影响轴承的正常运行，导致振动问题。（6）安装错误。错误的轴承安装也可能导致振动。例如，过紧的安装可能导致预载力过大，而过松的安装则可能导致间隙过大，都会影响轴承的正常运行并引起振动。

2.3 材料疲劳

（1）循环载荷。内燃机电机传动轴在运行过程中承受循环载荷，例如，由于发动机的爆发力和传动系统的负载变化引起的转矩波动。这些循环载荷会导致轴材料在应力集中的区域发生周期性弯曲和拉伸，从而逐渐引发疲劳裂纹。（2）应力集中。内燃机电机传动轴上的零部件（如齿轮、联轴器等）的装配和运行过程中可能会导致应力集中。例如，在轴上存在凹槽、孔洞或切口等缺陷，或者由于零部件的不良安装导致局部应力集中。这些应力集中区域容易成为裂纹的起始点，最终导致疲劳断裂和振动问题。（3）材料缺陷。轴材料本身可能存在缺陷，例如，夹杂物、气孔、裂纹等。这些缺陷会在应力加载下成为疲劳断裂的起始点。材料质量不良、制造过程中的缺陷或使用中的损伤都可能导致材料疲劳。（4）高温影响。内燃机工作时，传动轴可能会暴露在高温环境中。高温会引发材料的晶粒长大和相变，使材料变得脆化，从而增加疲劳开裂的风险。（5）弯曲和扭转。内燃机电机传动轴在运行时会受到扭转和弯曲力的影响。这些力会在轴上产生弯曲和扭转应变，引发疲劳裂纹的形成和扩展。

3 内燃机电机传动轴机械振动的处理策略

3.1 动平衡技术

（1）理解动平衡原理。动平衡是一种通过调整物体的质量分布，使其转动时不会发生振动的方法。它基于质量与距离的平衡原理，即对于一个旋转的系统，如果所有质量元素在平衡位置上的合力和合力矩均为零，则该系统将保持平衡。（2）检测振动。首先，需要检测内燃机电机传动轴的振动情况，以了解振动的频率、幅度和相位等参数。这可以通过振动传感器和相关的数据采集设备进行实时监测和记录。（3）动平衡测试。使用专业的动平衡设备对传动轴进行动平衡测试。这通常涉及将传动轴安装到动平衡机上，并在不同位置上测量和记录振动数据。根据这些数据，可以确定需要调整的质量和位置。（4）质量调整。根据动平衡测试结果，确定在传动轴上需要增加或减少质量的位置。这可以使用配重块或移除一部分材料来实现。将质量调整物体安装在合适的位置上，以达到平衡。（5）重新测试和校准。完成质量调整后，再次进行动平衡测试，以验证振动水平是否得到了降低。如果仍然存在振动问题，则需要进一步调整或重新校准质量分布。（6）定期维护和监测。一旦传动轴经过动平衡处理，建议进行定期维护和监测，以确保振动问题得到长期解决。定期检查传动轴的状态，并在必要时进行再平衡操作，以应对因磨损、松动或其他因素可能引起的新的振动问题。

动平衡技术是一种有效的方法，可以显著减少传动轴产生的振动。它可以提高设备的稳定性、降低噪音和振动水平，延长传动轴的使用寿命，并提高整体系统的性能和可靠性。

3.2 轴承维护替换

（1）检查轴承。首先，需要对传动轴上的轴承进行检查，包括外观、运行温度和噪音等方面。检查是否存在异常磨损、裂纹、松动或过度磨损等问题。（2）清洁轴承。如果发现轴承存在污垢或润滑油变质的情况，应先将其清洁。使用适当的清洁剂和工具，彻底清除轴承表面的污垢，并确保轴承干燥完全。（3）润滑轴承。清洁后，应根据制造商的建议重新润滑轴承。选择适当的润滑脂或润滑油，并按照规定的润滑量添加到轴承中。确保润滑剂充分润滑轴承，并避免过量润滑。（4）替换损坏的轴承。如果轴承出现严重磨损、裂纹或其他损坏情况，应及时替换。轴承替换前，需要确认新轴承与原型号和尺寸相匹配。使用专业工具将受损的轴承拆下，并安装新轴承。在安装过程中，确保正确对位、密封和润滑。（5）轴承运行监测。在进行轴承维护和替换后，应进行轴承的运行监测。通过振动传感器、温度传感器等设备实时监测轴承的运行状态。如果出现异常振动、升温或噪音等问题，需要进一步检查并采取适当措施。

3.3 材料改进

在处理内燃机电机传统传动轴机械振动时，进行材料改进是一个重要的策略，可以提高传动轴的强度、刚度和耐磨性，从而减少振动问题。

（1）分析振动原因。首先，需要分析传动轴产生振动的原因。可能的原因包括负载过大、材料不足或疲劳等。通过仔细检查和分析，确定引起振动的主要因素。（2）材料选择。根据振动原因和传动轴的工作条件，选择合适的材料来改进传动轴的性能。常用的传动轴材料包括优质钢、铝合金和钛合金等。考虑材料的强度、硬度、刚度和耐磨性等特性。（3）强化处理。选择合适的材料后，可以考虑对传动轴进行强化处理，以提高其力学性能。常见的强化处理方法包括热处理（如淬火、回火）和表面处理（如喷丸、镀层）。这些处理方法可以增加传动轴的硬度、强度和疲劳寿命。（4）模拟分析和优化设计。使用计算机辅助工程（CAE）软件进行模拟分析，对改进后的传动轴进行性能评估和优化设计。通过模拟分析，可以预测和优化传动轴在实际工况下的振动特性，并确定最佳的材料和几何参数。（5）实验验证。进行改进后传动轴的实验验证。使用适当的试验设备和测试方法，对改进后的传动轴进行振动、强度和耐磨性等方面的测试。与原传动轴进行对比分析，评估改进效果，并进行必要的调整和再优化。（6）定期维护和监测。一旦改进后的传动轴投入使用，建议进行定期维护和监测，以确保其性能和稳定性。定期检查传动轴的状态，包括表面磨损、裂纹和松动等情况，并根据需要进行维护和替换。

3.4 减少外界扰动

在处理内燃机电机传统传动轴机械振动时，减少外界扰动是一个重要的策略，可以有效降低振动问题。

（1）振动隔离。采用振动隔离措施可以减少外界扰动对传动轴的影响。振动隔离通常通过安装弹性元件（如橡胶垫、弹簧等）来实现，这样可以将外界振动与传动轴分离开来，减小传递到传动轴上的振动能量。（2）结构优化。进行传动轴结构的优化设计，以减少外界扰动对传动轴的传递。考虑传动轴的刚度、几何形状和支撑方式等因素，合理设计传动轴结构，降低受到外界振动的敏感度。（3）高效密封。保持传动轴的密封性能，防止外界污染物和湿气进入传动轴内部，造成振动增加。使用高效的密封件和密封材料，确保传动系统的良好密封，减少外界环境对传动轴的干扰。（4）优化安装。正确安装传动轴和相关部件，确保传动轴与其他组件之间的配合良好。使用适当的紧固和校准方法，避免传动轴在工作过程中发生偏移、松动或失调，减少外界扰动的影响。（5）振动控制系统。引入振动控制系统可以监测和控制传动轴的振动情况。通过振动传感器和反馈控制算法，实时监测传动轴的振动信号，然后采取相应的控制手段来减小振动幅值，降低外界扰动的影响。（6）环境隔离。在需要进行精密操作的场合，可以考虑将传动轴所在的工作区域进行环境隔离。例如，在维修车间设置隔音隔震设施，减少传动轴受到周围环境振动的影响。

4 结语

综上所述，通过对内燃机车电机传动轴机械振动的深入探讨，可以发现其产生的多种原因，包括不平衡质量、轴承故障、材料疲劳等。针对这些原因，可以采取一系列的处理措施，如动平衡技术、轴承维护和替换、材料改进等来降低机械振动。通过合理的设计和有效的维护，可以显著减少内燃机车电机传动轴的振动，提高车辆的运行效果和驾驶舒适度。未来的研究可以进一步探索新的技术和方法，以更好地解决内燃机车电机传动轴机械振动的问题。例如，使用先进的材料和制造工艺来提高传动系统的结构强度和刚度，开发智能监测系统以实时监测传动轴的状态，并采用主动控制方法来减少振动等。这些努力将有助于改善内燃机车的性能和可靠性，推动整个铁路运输行业向更高水平发展。