三缸四冲程内燃机（主要几何参数见表1，各零件的材料参数见表2）相邻两缸的做功间隔曲轴转角为240°，相对于4缸以上发动机来说，做功间隔时间长，发动机运转的均匀性较差，同时三缸内燃机的曲轴长度比相同结构的单缸和双缸内燃机的曲轴长，扭转刚度较小，而随曲轴一起运动的零件（包括活塞、连杆组在内）的转动惯量又较大，所以扭转频率较低，在工作转速范围内容易发生强烈共振。如不采用特殊措施，轻则使内燃机在运行过程中产生较大噪声，加剧与曲轴相连件的磨损，重则使曲轴断裂。

基于此，考虑到空间结构和曲轴负荷的限制，在众多类型的减振器中，橡胶扭转减振器应运而生。

扭转减振器的初步设计

1. 设计原则

满足曲轴强度的扭振幅值α<0.2°，满足乘客舒适性的扭振幅值α<0.1°。

2. 扭转减振器的作用在轴系中，扭转减振器能起到调整轴系系统扭转振动频率，利用阻尼因素消耗轴系的激励能量或兼有调频与阻尼两种作用。

3. 扭转减振器的结构

考虑到轿车发动机受空间位置限制的影响，同时考虑轮系布置和传动方便，一般选择橡胶扭转减振器，如图1所示，本三缸小排量发动机扭转减振器由轮毂、天然橡胶圈和多楔带轮三部分组成，本减振器将橡胶圈做成带有沟槽、凸台的形状，则大大提高压缩量，并提高了隔振性能，但相对变形量控制在10％～20％范围内，载荷大时做成承压式，载荷小时做成承剪式。

橡胶圈安装时，可以将特制的橡胶圈压入到减振器的轮毂和多楔带轮之间，也可以通过硫化工艺，用橡胶将轮毂和多楔带轮联结在一起。硫化橡胶减振器是将加工好的轮毂外圈和多楔带轮的内圈分别涂上一种特种胶，放入立式硫化机床工作台上，在151℃的硫化温度条件下，保温时间20min，注射压力为20MPa，液态橡胶被压装到轮毂和多楔带轮之间。

一般来说，硫化橡胶型扭转减振器由于硫化的橡胶和金属粘在一起，它的抗拉强度、耐久性和减振效果要强一些，批量生产时各零件间的固有频率变化不大。

扭转减振器的橡胶圈材料采用的是天然橡胶，主要是因为天然橡胶的回弹性、拉伸强度、伸长率、耐磨、耐撕裂和压缩永久变形、耐冲击性、耐老化性均优于大多数合成橡胶，耐脆性温度较低（-50～70℃）。

4. 工作原理

当内燃机产生扭转振动时，橡胶减振器的轮毂和多楔带轮之间产生相对运动，使橡胶来回揉搓，振动能量就这样被橡胶的内摩擦阻尼所吸收，从而使振动得到消减，由于橡胶有一定的柔度，故对轴系有一定的调频作用。

5. 橡胶减振器的优点

（1）橡胶减振器具有持久的高弹性、良好的隔振缓冲和隔声性能，造型和压制方便；可自由地选择形状和尺寸，以满足刚度要求，具有适量的阻尼以吸收振动能量，对高频能量的吸收尤为见效。

（2）橡胶的另一个重要的特性是体积不可压缩性.其弹性是由于受力后体积形态发生变化的结果，为使橡胶具有弹性，必须留有足够的空间，保证橡胶自由地向四周膨胀。

橡胶减振器的计算

1. 理论计算

为了满足发动机曲轴系设计的舒适性，需要对曲轴系进行扭振分析，本报告采用AVLEXCITE 软件对372发动机曲轴系进行扭振计算分析。

由表3和图2中可以看出：本三缸发动机的转速低于3100r/min时，发动机产生的振动主要是滚振，滚振频率以1.5阶为主，这是由内燃机曲轴循环转速振动造成的，不能用来作为发动机扭振的评估对象，与发动机本身的固有频率有关，这要通过发动机的悬置系统来解决，非减振器能消除。当发动机的转速在3100～3900r/min时，发动机扭振比较大，尤其是在5阶或6阶频率时，扭振达到峰值，当发动机的转速超过4000r/min时，扭振基本消除，具体图形如图3所示。

2. 计算初步结论：

通过计算结果可以看出，本三缸发动机使用扭转减振器后，除了发动机滚振外，低阶频率满足曲轴强度的扭振幅值α<0.2°要求；高阶频率不仅满足曲轴强度的扭振幅值α<0.2的要求，也满足乘客舒适性的扭振幅值α<0.1°的要求，对于本发动机来说，安装扭转减振器是必须的。

试验验证

经过计算分析确认，扭转橡胶减振器内橡胶弹性体的温度、振幅和频率三者之间的函数关系是非线性的，若发动机用刚性连接在滚振频率附近运转时，会引起剧烈的振动，严重时会造成轴、轴承以及轴上零件的破坏；当发动机在高转速、高频率下运行时，运转非常平稳，满足曲轴强度和乘坐的舒适性要求。为了验证计算结果，我们在发动机开发完成后用台架进行验证。

我们特制了扭振频率为330Hz、350Hz和360Hz的3种样件分别进行台架试验，采用扭振分析仪（NZ-3A）、频谱分析仪（N840_NORWAY NORSONIC CORP）、磁电传感器、光栅信号盘和稳压电源等试验仪器，得出的扭转曲线如图4和图5所示，基本与设计数值吻合。

结论

通过对本三缸机的扭转减振器的计算和样本台架试验，确定发动机的扭振频率在330～360Hz较为适宜，扭振系数为0.07，低阶频率满足曲轴强度的扭振幅值α<0.2°的要求；高阶频率不仅满足曲轴强度的扭振幅值α<0.2的要求，也满足乘客舒适性的扭振幅值α<0.1°的要求。在设计过程中，要求扭转减振器的动平衡不超过6gcm，用橡胶的剪切、摩擦和挤压的变形来将曲轴的扭转振动控制在顾客的满意范围内完全是可以确保的。