起动机冲击缓冲系统的工作机理

1、起动机冲击的产生机理

当起动机起动时，动力传递路线，动力由电枢太阳轮端经由固定的减速齿圈驱动行星齿轮旋转，继而带动行星轮轴，然后驱动单向离合器和驱动齿轮，驱动齿轮经拨叉作用使之与发动机飞轮齿圈强制进行啮合、传动、脱离，继而完成整个起动过程。在起动机动力传递过程中，从电枢太阳轮动力输入端到起动机驱动齿轮动力输出端，中间动力传递过程均为齿轮传动，且伴随着齿轮啮合冲击。当旋转的起动机驱动齿轮与静止发动机飞轮齿圈进行强制啮合的时候会产生很大的冲击，是起动机冲击的主要来源。

由以上分析可知，齿轮啮合冲击是起动机冲击的主要形式。由于齿轮传动在机械装置中的广泛应用，对于齿轮啮合冲击的动态特性   一直受到密切关注，以期降低齿轮传动系统中的冲击与噪声，提高其使用性能和寿命。对于引起齿轮冲击的因素主要归纳为以下两个方面：一是由于轮齿产生变形或齿轮加工误差而产生的啮入啮出冲击；二是由于齿侧间隙产生的冲击。此外，啮合接触的轮齿在工作时，还会产生接触冲击，即两齿轮相互啮合，当主动轮的转速增加，继而接触推动从动轮转动，这个过程从接触动力学的角度上来说是一个接触冲击的过程，此冲击过程也可表述为：轮齿因瞬态法向相对接触速度的不同而引起的冲击。

通过对影响齿轮冲击力大小因素的   ，得出以下两方面的结论：

(1)齿轮啮合冲击与齿轮的转动惯量有关。增大齿轮的转动惯量可以减小啮合冲击，但相应的会降低齿轮的固有频率，易使齿轮传动系统产生共振。

(2)起动机驱动齿轮与发动机飞轮齿圈齿轮啮合力冲击性大，且随转速增加有增大趋势，且改变起动机安装机体和轴的刚度大小对啮合力影响较大。

根据以上结论可知，起动机冲击力与起动惯量、冲击转速有关。因此，在接下来对起动机冲击缓冲系统特性的试验方法中应设置一个可调惯量轮系和转速测量装置，以满足试验   需要。为   加真实的模拟出起动机的正常的工作状态下的冲击力，可根据起动机功率的不同，匹配相对应的起动惯量。

2、起动机缓冲系统的结构

起动机缓冲系统是为了衰减起动机起动过程中的冲击，其组成为橡胶缓冲元件和橡胶固定套，橡胶缓冲元件的三维实体模型。橡胶缓冲元件的安装位置，起动机减速齿圈嵌套在橡胶缓冲元件上，橡胶缓冲元件有嵌套在橡胶固定套上，橡胶固定套与起动机壳体固定连接。

3、起动机缓冲系统的缓冲机理

由缓冲系统的结构可知，起动机缓冲系统的主要组成部分为橡胶缓冲元件。对于橡胶元件的特性和力学模型做以下分析：

1)橡胶元件的特性

橡胶元件是冲击减振应用中的元件。橡胶元件是粘弹性阻尼材料的阻尼结构，能把振动能通过阻尼材料的内部摩擦消耗掉，且单位体积内贮存能量比较高，并有着很高的转换效率。尤其是在不需要附加阻尼材料的情况下就能产生较高的阻尼，噪音小，价格相对比较便宜。相比其他金属弹簧，橡胶元件具有以下优点：

①三向弹簧刚度

橡胶元件的形状可以任意的选择，因此如果能合理地选择X， Y， Z三个方向的刚度比，就能够使得这三个方向自由度的刚度达到预期值，而金属弹簧一般只能利用一个自由度的弹簧刚度。

②优越的振动能量耗散能力

由于橡胶材料是靠分子之间的摩擦来消耗外部的冲击能量，因此橡胶材料具有很好的内摩擦性能(硫化橡胶的内摩擦比金属弹簧大100倍以上)，由摩擦产生的阻尼可衰减冲击的波幅值，并使之很快趋于停止。

③弹性模量小

橡胶元件的弹性模量很小，因此可以   较大的弹性变形，容易实现理想的非线性特性。

④高频隔振和隔音效果

橡胶元件对于高频振动的阻尼隔振效果特别好，其隔音效果远远优于金属弹簧。

⑤支承装置尺寸小

橡胶材料非常容易和金属材料产生牢固的粘结，经过硫化的橡胶材料，其能量贮存能力是同等质量下弹簧钢的150倍。因此，橡胶元件可以制成   小的体积，且支承装置简单。

⑥橡胶元件安装和拆卸比较简便，而且无需润滑，有利于维护和保养。

2)橡胶元件的力学模型

橡胶元件是一种高分子非线性粘弹性材料，不是单纯的弹性体，因此想要   计算橡胶元件的弹性特性非常困难，且其力学特性比较复杂。由于橡胶元件的粘弹性特点，可将其简化为变刚度变阻尼的力学模型，刚度阻尼模型代替橡胶元件在某一方向的力学特性。试验证明橡胶元件在小变形即应力一应变曲线在变形<15%时，力与变形可近似视为线性关系。若变形较大，橡胶元件刚度则呈非线性，尤其在压缩时刚度会急剧增加。橡胶是一种粘弹性材料，具有内部摩擦的阻尼特性，即存在应变滞后于应力的现象。在起动机起动冲击状态下，应力一应变将形成一椭圆形迟滞回线。滞迟回线形状，其中占为橡胶缓冲元件的压缩位移，F为冲击载荷幅值。该迟滞回线包含的面积，代表内部阻尼消耗的功，即一个循环内所消耗的。