【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)半徑越大、曲柄連桿機構(gòu)本身的不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量越小，則所需要加的平衡塊質(zhì)量 mB 越小。 二、往復(fù)慣性力 PJi、 PjII 按活塞加速度近似式，往復(fù)慣性力可寫成 為分析往復(fù)慣性力的平衡法，可進一步將往復(fù)慣性力寫成： 2222211 ??? Rmrmrm rBBBB ??brmarm BBBB 222211 ?? ?)(11 bar Rbmm BrB ??)(22 bar Ramm BrB ??22 2 ?? BBrr rmRmP ???rBB mrRm 2?jIIjIjjjjPPRmRmamP??????? ????? 2cos)2(4cos 22IIiijjI BAeCeCCRmP ??????? ? ????? 22coscos2IIIIiijjII BAeCeCRmP ?????? ? ?? ????? 222 222cos)2(4 其中 因此往復(fù)慣性力 PjI（或 PjII）可看成兩個以角速 度ω（或 2ω）朝相反方向旋轉(zhuǎn)的矢量 C/2（或 λ C/2）之和，這兩個矢量分別稱為正轉(zhuǎn)矢量 （ AI 或 AII）和反轉(zhuǎn)矢量（ BI 或 BII），兩個矢 量重合位置與氣缸中心線平行。亦即往復(fù)慣性 力可以分別轉(zhuǎn)換成兩個離心力：兩個質(zhì)量 mj/2 （或 1/2λ mj/4）在半徑 R 處以角速度ω（或 2ω）朝相反方向轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的離心力。 由以上分析可以看出，可以用與平衡離心 慣性力同樣的方法來平衡往復(fù)慣性力，只 要設(shè)計的平衡機構(gòu)產(chǎn)生的離心慣性力矢量 分別與上述正反轉(zhuǎn)矢量大小相等、方向相 反即可。 下圖（ a）為單缸機雙軸平衡機構(gòu)，其中： 平衡一次往復(fù)慣性力所加平衡塊質(zhì)量 m1： 平衡二次往復(fù)慣性力所加平衡塊質(zhì)量 m2： 采用這種方法一、二次往復(fù)慣性力都能得到平衡，缺點是結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，不很實用，只在缸徑較大的單缸機或單缸實驗機中采用，且常常只限于平衡一階慣性力 PjI,一般不考慮 PjII的平衡問題。 2?RmC j??112211 2cos21cos RRmmRmRm jj ??? ????222222 82cos)2(4212cos)2( R RmmRmRm jj ?????? ????（ a） 雙軸平衡機構(gòu) 對于缸徑不大的單缸機，有時為了結(jié)構(gòu)簡化，常省去一根與曲軸同旋向 的平衡軸，而采用如圖（ b）所示的單軸平衡機構(gòu)。 采用單軸平衡機構(gòu)時，一階往復(fù)慣性力也得到了平衡，但破壞了平衡機構(gòu)的對稱性，與雙軸平衡機構(gòu)相比，又產(chǎn)生了一個附加力矩： M 隨α變化，設(shè)計時要求 ex， ey 盡可能小，實際上，上式中，令： 則 可見， ex、 ey 小，則 M 隨α變化時，波幅?。é葹槌?shù)） 在缸徑更小的單缸機中，為了使結(jié)構(gòu)盡可能簡單，常常連單軸 平衡機構(gòu)也省略，而采用所謂的過量平衡法。此時曲柄上除了 有平衡 mr 的平衡塊質(zhì)量外，還要多加一過量的平衡質(zhì)量ε mj， 使其產(chǎn)生過量的離心力ε C（ 0ε 1），ε稱為過量平衡率。如 下圖（ c）所示， 離心力ε C 與一階往復(fù)慣性力 PjI 的合力 R 在 x， y 軸上的投影 由以上兩式中消去α得： 可以看出合力 R 的矢端軌跡是一個橢圓。當ε =1/2 時，合力矢 端軌跡變?yōu)榘霃綖?C/2 的圓，即 R=C/2 的數(shù)值不變，不過與曲柄反向旋轉(zhuǎn)。注意：不能將此力看成曲柄連桿機構(gòu)的離心力。過量平衡法實質(zhì)上是一階往復(fù)慣性力的轉(zhuǎn)移法，即把一階往復(fù)慣性力的一部分轉(zhuǎn)移到與之垂直的平面內(nèi)。 至于轉(zhuǎn)移數(shù)量的大小，則要根據(jù)具體發(fā)動機在垂直與水平兩個方向的剛度或吸振能力而定，一般總是希望較大的慣性力作用在發(fā)動機剛度較大的方向或吸振能力較好的方向。ε大小可根據(jù)實驗確定，通常ε =—。 單列式多缸內(nèi)燃機平衡性分析舉例 如圖所示，為一二沖程六缸機的曲柄端面圖，分析其平衡性 )sincos(2)cos(sin2)sin(cos2)sin(cos2)cos(sin21111??????????xyxyeeCReCReCRCRCM????????????cos22 ??yxyeee ?sin22 ?? yxxeee)c o s(2)sinsincos( c os22222??????????????yxyxeeCeeCM????? cos)1(coscos ????? CCCR x?? sinCRy ?2221 CRR yx ?????????????????? ? ?? 合成往復(fù)慣性力 故一次、二次往復(fù)慣性力都是平衡的 計算合成往復(fù)慣性力矩，由于往復(fù)慣性力已平衡，可取第六缸氣缸中心線的垂直面為基準面，則 即一次往復(fù)慣性力矩是平衡的 二次往復(fù)慣性力矩不平衡 令 得 即當?shù)谝磺幱谏现裹c前 15176。時，合成二 次往復(fù)慣性力矩最大，為 相位關(guān)系如圖所示 合成離心慣性力 取水平方向為 x 軸，垂直方向為 y 軸，則 ∴ 可見，曲柄均勻布置時，離心慣性力是平衡的 合成離心慣性力矩 離心慣性力在垂直平面內(nèi)的分力與一次往復(fù)慣性力性質(zhì)相同，故其力矩的計算方法與一次往0)]300c o s ()60c o s ()180c o s ()120c o s ()240c o s ()0[ c o s (2???????????????????????????RmP jjI0)]300(2c o s)60(2c o s)180(2c o s)120(2c o s)240(2c o s)0(2[ c o s)2(4 2???????????????????????????? RmP jj I I0)]60()180cos(2)120cos(3)240cos(4)0cos(5[2????????????????????????????coaLLLLLRmM jjI)]602cos(3)1202cos(52cos7[)]60(2)180(2cos2)120(2cos3)240(2cos4)0(2cos5[)2(422?????????????????????????????????????????LRmcoaLLLLLRmMjjjII0)]602sin(6)1202sin(102sin14[)( 2???????? ??? ?????? LRmd Md jjII??1533202c o s322s i n6????????????tgL?LRmM jjII 2max 32)( ????2 [ c o s( 0 ) c o s( 2 4 0 ) c o s( 1 2 0 )c o s( 1 8 0 ) c o s( 6 0 ) c o s( 3 0 0 ) ] 0r y rP m R ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??0)]300sin()60sin()180sin()120sin()240sin()0[s in (2???????????????????????????RmP rrx0?? rP 復(fù)慣性力矩相同。也以第六缸中心線垂直面為基準，則垂直平面內(nèi)的合成離心慣性分力矩為 水平平面方向的合成離心慣性分力矩為： ∴ 故有結(jié)論：此曲柄排列的二沖程六缸機，只有二次往復(fù)慣性力矩未平衡。 內(nèi)燃機內(nèi)平衡分析 以上分析都是對內(nèi)燃機外平衡 分析，基于假定曲軸為絕對剛體。但實際上曲軸在彎曲力矩作用下，總會產(chǎn)生變形。若受力及變形較大，會將一部分分力（力矩）傳到機體上，引起機體變形，影響軸承載荷，發(fā)動機產(chǎn)生振動。曲軸和機體的變形破壞了平衡，從而影響到發(fā)動機運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，特別在高速機的設(shè)計過程中，除主要研究外平衡特性外，尚需研究發(fā)動機的內(nèi)平衡問題。 采用不同的曲柄排列形式，曲軸及機體上所受的彎矩也將不同。當某種曲柄排列具有最小的作用彎矩時，則認為發(fā)動機的內(nèi)平衡性能良好。計算分析內(nèi)燃機的內(nèi)平衡性能時，目前一般只考慮離心慣性力在曲軸上形成的彎曲力矩（內(nèi)力 矩）。 旋轉(zhuǎn)慣性力矩平衡方法 （ 1）各缸平衡法（各曲柄平衡法、逐個平衡法） （ 2）分段平衡法 （ 3）整體平衡法 （ 4）不規(guī)則平衡法 0)21c os2( c os3)260120s in260120s in2( c os3)]120c os (3)60c os (3c os3[)]60c os ()180c os (2)120c os (3)240c os (4)0c os (5[2222???????????????????????????????????????????????????????????????????LRmLRmLRmLLLLLRmMrrrrry0)21s in2( s in3)260120s in260120c os2( s in3)]120s in (3)60s in (3s in3[)]60s in ()180s in (2)120s in (3)240s in (4)0s in (5[2222???????????????????????????????????????????????????????????????????LRmLRmLRmLLLLLRmMrrrrrx0?? rM 曲軸的疲勞破壞及原因 經(jīng)過較長時間運轉(zhuǎn)之后發(fā)生。因為 長時間運轉(zhuǎn)后柴油機的各道主軸承 磨損不均勻，使曲軸軸線彎曲變形， 曲軸回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生過大的附加交變 彎曲應(yīng)力。此外，曲軸的曲柄臂、 曲柄箱或軸承支座 (機座 )等的剛性 不足，柴油機短時間運轉(zhuǎn)后，也會 使曲軸產(chǎn)生彎曲疲勞破壞。 的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，存在扭振時還會產(chǎn) 生附加交變扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，嚴重時會 引起曲軸的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞。 曲軸設(shè)計要求 保證具有足夠的彎曲疲勞強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度； 保證曲