现代轿车特别重视乘坐的舒适性和噪声水平,为此必须将引起汽车振动和噪声的发动机不平衡力及不平衡力矩减小到限度。在曲轴的曲柄臂上设置的平衡重只能平衡旋转惯性力及其力矩,而往复惯性力及其力矩的平衡则需采用专门的平衡机构。
当发动机的结构和转速一定时,一阶往复惯性力与曲轴转角的余弦成正比,二阶往复惯性力与二倍曲轴转角的余弦成正比。发动机往复惯性力的平衡状况与气缸数、气缸排列形式及曲拐布置形式等因素有关。
现代中级和普及型轿车普遍采用四冲程直列四缸发动机。平面曲轴的四缸发动机的一阶往复惯性力、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯性力矩都平衡,惟二阶往复惯性力不平衡。为了平衡二阶往复惯性力需采用双轴平衡机构。两根平衡轴与曲轴平行且与气缸中心线等距,旋转方向相反,转速相同,都为曲轴转速的二倍。两根轴上都装有质量相同的平衡重,其旋转惯性力在垂直于气缸中心线方向的分力互相抵消,在平行于气缸中心线方向的分力则合成为沿气缸中心线方向作用的力,与 FjII 大小相等,方向相反,从而使 FjII 得到平衡。
黄色齿轮部分就是被曲轴带动的两根平衡轴 平衡轴技术是摩托车发动机中应用较广的一项技术,它的结构简单实用,可有效地缓减摩托车的整车振动,提高驾驶的舒适性。本文对平衡轴技术原理和在摩托车上的应用做一个简单介绍。
平衡轴在发动机的工作循环中,活塞的运动速度非常快,而且速度很不均匀。在上下止点位置,活塞的速度为零,而在上下止点中间的位置速度达到。由于活塞在气缸内做反复的高速直线运动,必然在活塞、活塞销和连杆上产生很大的惯性力。在连杆上配置的配重可以有效地平衡这些惯性力.但连杆上的配重只有一部分运动质量参与直线运动,另一部分参与旋转。除了上下止点位置外,各种惯性力不能被完全平衡,使发动机产生了振动。
当活塞每上下运动一次,将使发动机产生一上一下两次振动,所以发动机的振动频率和发动机的转速有关。在振动理论上,常使用多个谐波振动来描述发动机的振动,其中振动频率和发动机转速相同的叫一阶振动,频率是发动机转速2倍的叫二阶振动,依次类推,还存在三阶、四阶振动。但振动频率越高,振幅就越小,2阶以上可以忽略不计。从人体感觉的角度看,二阶振动频率已经很高,振幅也较小,对人的影响不大,但可能引起各部分机件的疲劳,导致机件强度下降。其一阶振动占整个振动的70%以上,是振动的主要来源。
平衡轴
单缸,双缸,三缸,及奇数多缸机都存在着严重的不平衡的弯矩。对于夏利轿车tj376q发动机而言,曲轴上三逍连杆轴颈互成l20度,各缸活塞的惯性力不能完全相互平衡而对曲轴产生一个弯矩。为平衡这一弯矩,特设置平衡轴。
偏摇振动是指使发动机机体左右摆动的振动。多缸机都存在偏摇振动,就是V2发动机也多少会产生一定的偏摇振动。在V2发动机上,一个曲柄销上安装了二个连杆,严格地说,这二个连杆大头的轴心线并不互相重合,所以力的作用点不在一起,这样就引起了附加力矩,并产生偏摇振动。哈利.戴维森摩托车为了消除偏摇振动,在连杆大头上布置了独特的结构,消除了二个连杆大头轴心线的偏移量。 在产生偏摇振动时,曲轴产生反复的横向摆动。
Balance shaft
平衡轴 为了消除振动,采用的方法有很多,例如采用轻质的活塞减少运动件的质量,提高曲轴的刚度,采用90度夹角的v型双缸布置发动机等等。但在摩托车发动机上普遍采用的方式是增加一个平衡轴来解决。平衡轴简单地说是一个装有偏心重块并随曲轴同步旋转的轴,利用
偏心重块所产生的
反相振动力,使发动机获得良好的平衡,降低发动机的振动。
平衡轴摩托车发动机采用的
平衡轴方式有两种:
双平衡轴和单平衡轴。单平衡轴的转速和发动机转速相等,可以消除一阶振动。双平衡轴中,一根轴的转速与发动机的转速相等,另一根的转速是发动机转速的两倍,这样,就把一阶振动和二阶振动都消除了。两种方式在工作原理上是相同的,但具体结构有不同。
1.双干衡轴方式
双平衡轴机构
双平衡轴采用链传动方式带动两柜平衡轴转动,其中一根平衡轴与发动机的转速相同,可以消除发动机的一阶振动;另一根平衡轴的转速是发动机转速的2倍.可以消除发动机的二阶振动,达到理想减振效果。双平衡轴方式较为复杂,成本高。占用发动机的空间大,—般在大排量摩托车上使用。
Twin-balancer shafts
2.单平衡轴方式
单平衡轴采用单一的平衡轴,利用齿轮传动方式进行工作,通过曲轴旋转带动固连的平衡轴驱动齿轮——>平衡轴从动齿轮——>平衡轴。单平衡可以平衡占整个振动比例相当大的一阶振动,可以使发动机的振动得到明显改善。由于单平衡轴方式结构简单,占用的空间小,在单缸和小排量的发动机中应用较广。
l-平衡轴;2-平衡轴齿轮;3-平衡轴链轮;4-平衡重;5-曲轴齿轮;6-曲轴
带有双平衡轴的缸体
对于夏利轿车tj376q发动机 平衡轴的布置如右图所示,它通过一对齿轮—曲轴齿轮5和平衡轴齿轮2由曲轴6驱动。发动机运转时,由于平衡轴的旋转方向与曲轴的旋转方向相反,其前端平衡重4所产生的离心力便可与曲轴所受的弯矩相平衡,从而提高了曲轴的使用寿命。
平衡轴还通过其前端的平衡轴链轮3驱动机油泵。在平衡轴齿轮与平衡轴前轴颈间装有止推垫片,止推垫片用螺钉紧固在缸体上,使平衡轴轴向得以定位。止推垫片与平衡轴齿轮毂端面间的间隙即为平衡轴轴向间隙。
同时为保证平衡轴相对于曲轴有正确的安装位置,在曲轴齿轮和平衡轴齿轮上均打有啮合记号。
平衡轴