起動機沖擊緩沖系統的工作機理

1、起動機沖擊的產生機理

當起動機起動時，動力傳遞路線，動力由電樞太陽輪端經由固定的減速齒圈驅動行星齒輪旋轉，繼而帶動行星輪軸，然后驅動單向離合器和驅動齒輪，驅動齒輪經撥叉作用使之與發動機飛輪齒圈強制進行嚙合、傳動、脫離，繼而完成整個起動過程。在起動機動力傳遞過程中，從電樞太陽輪動力輸入端到起動機驅動齒輪動力輸出端，中間動力傳遞過程均為齒輪傳動，且伴隨著齒輪嚙合沖擊。當旋轉的起動機驅動齒輪與靜止發動機飛輪齒圈進行強制嚙合的時候會產生很大的沖擊，是起動機沖擊的主要來源。

由以上分析可知，齒輪嚙合沖擊是起動機沖擊的主要形式。由于齒輪傳動在機械裝置中的廣泛應用，對于齒輪嚙合沖擊的動態特性   一直受到密切關注，以期降低齒輪傳動系統中的沖擊與噪聲，提高其使用性能和壽命。對于引起齒輪沖擊的因素主要歸納為以下兩個方面：一是由于輪齒產生變形或齒輪加工誤差而產生的嚙入嚙出沖擊；二是由于齒側間隙產生的沖擊。此外，嚙合接觸的輪齒在工作時，還會產生接觸沖擊，即兩齒輪相互嚙合，當主動輪的轉速增加，繼而接觸推動從動輪轉動，這個過程從接觸動力學的角度上來說是一個接觸沖擊的過程，此沖擊過程也可表述為：輪齒因瞬態法向相對接觸速度的不同而引起的沖擊。

通過對影響齒輪沖擊力大小因素的   ，得出以下兩方面的結論：

(1)齒輪嚙合沖擊與齒輪的轉動慣量有關。增大齒輪的轉動慣量可以減小嚙合沖擊，但相應的會降低齒輪的固有頻率，易使齒輪傳動系統產生共振。

(2)起動機驅動齒輪與發動機飛輪齒圈齒輪嚙合力沖擊性大，且隨轉速增加有增大趨勢，且改變起動機安裝機體和軸的剛度大小對嚙合力影響較大。

根據以上結論可知，起動機沖擊力與起動慣量、沖擊轉速有關。因此，在接下來對起動機沖擊緩沖系統特性的試驗方法中應設置一個可調慣量輪系和轉速測量裝置，以滿足試驗   需要。為   加真實的模擬出起動機的正常的工作狀態下的沖擊力，可根據起動機功率的不同，匹配相對應的起動慣量。

2、起動機緩沖系統的結構

起動機緩沖系統是為了衰減起動機起動過程中的沖擊，其組成為橡膠緩沖元件和橡膠固定套，橡膠緩沖元件的三維實體模型。橡膠緩沖元件的安裝位置，起動機減速齒圈嵌套在橡膠緩沖元件上，橡膠緩沖元件有嵌套在橡膠固定套上，橡膠固定套與起動機殼體固定連接。

3、起動機緩沖系統的緩沖機理

由緩沖系統的結構可知，起動機緩沖系統的主要組成部分為橡膠緩沖元件。對于橡膠元件的特性和力學模型做以下分析：

1)橡膠元件的特性

橡膠元件是沖擊減振應用中的元件。橡膠元件是粘彈性阻尼材料的阻尼結構，能把振動能通過阻尼材料的內部摩擦消耗掉，且單位體積內貯存能量比較高，并有著很高的轉換效率。尤其是在不需要附加阻尼材料的情況下就能產生較高的阻尼，噪音小，價格相對比較便宜。相比其他金屬彈簧，橡膠元件具有以下優點：

①三向彈簧剛度

橡膠元件的形狀可以任意的選擇，因此如果能合理地選擇X， Y， Z三個方向的剛度比，就能夠使得這三個方向自由度的剛度達到預期值，而金屬彈簧一般只能利用一個自由度的彈簧剛度。

②優越的振動能量耗散能力

由于橡膠材料是靠分子之間的摩擦來消耗外部的沖擊能量，因此橡膠材料具有很好的內摩擦性能(硫化橡膠的內摩擦比金屬彈簧大100倍以上)，由摩擦產生的阻尼可衰減沖擊的波幅值，并使之很快趨于停止。

③彈性模量小

橡膠元件的彈性模量很小，因此可以   較大的彈性變形，容易實現理想的非線性特性。

④高頻隔振和隔音效果

橡膠元件對于高頻振動的阻尼隔振效果特別好，其隔音效果遠遠優于金屬彈簧。

⑤支承裝置尺寸小

橡膠材料非常容易和金屬材料產生牢固的粘結，經過硫化的橡膠材料，其能量貯存能力是同等質量下彈簧鋼的150倍。因此，橡膠元件可以制成   小的體積，且支承裝置簡單。

⑥橡膠元件安裝和拆卸比較簡便，而且無需潤滑，有利于維護和保養。

2)橡膠元件的力學模型

橡膠元件是一種高分子非線性粘彈性材料，不是單純的彈性體，因此想要   計算橡膠元件的彈性特性非常困難，且其力學特性比較復雜。由于橡膠元件的粘彈性特點，可將其簡化為變剛度變阻尼的力學模型，剛度阻尼模型代替橡膠元件在某一方向的力學特性。試驗證明橡膠元件在小變形即應力一應變曲線在變形<15%時，力與變形可近似視為線性關系。若變形較大，橡膠元件剛度則呈非線性，尤其在壓縮時剛度會急劇增加。橡膠是一種粘彈性材料，具有內部摩擦的阻尼特性，即存在應變滯后于應力的現象。在起動機起動沖擊狀態下，應力一應變將形成一橢圓形遲滯回線。滯遲回線形狀，其中占為橡膠緩沖元件的壓縮位移，F為沖擊載荷幅值。該遲滯回線包含的面積，代表內部阻尼消耗的功，即一個循環內所消耗的。