周海松　喬云　徐信峰

摘 要：柴油機(jī)振動(dòng)是長期以來對車輛工作中的具體性能和柴油機(jī)本身產(chǎn)生不利影響的重要因素。在近些年，隨著車身設(shè)計(jì)的不斷輕量化和其動(dòng)力裝置呈現(xiàn)的大功率化等需求的日趨加強(qiáng)，由于柴油機(jī)而導(dǎo)致車輛振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生已經(jīng)越來越普遍，而人們也對柴油機(jī)具有的性能有著更高的要求，相關(guān)的環(huán)保法規(guī)也對柴油機(jī)產(chǎn)生的噪音以及振動(dòng)有著更為嚴(yán)格的要求，采取有效的措施對柴油機(jī)振動(dòng)進(jìn)行控制，已經(jīng)逐漸的變成對其進(jìn)行應(yīng)用和設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵。而對柴油機(jī)自身的平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，可以使其振源得到有效的控制。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；平衡機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：16723198（2014）12019002

車體機(jī)身如果長時(shí)間的發(fā)生振動(dòng)，則既會(huì)使駕駛員在駕車過程中的疲勞程度不斷增加，還會(huì)使機(jī)體壽命有所降低。例如，如果車體機(jī)身振動(dòng)的非常厲害，其駕駛員的手掌則會(huì)因此而被震得發(fā)腫，甚至駕駛員在長時(shí)間內(nèi)都不能和拖拉機(jī)扶把進(jìn)行接觸。但面對該種情況，駕駛員務(wù)必不能驚慌并進(jìn)行亂拆亂卸處理，而應(yīng)該以從表面到里層、從簡單到復(fù)雜以及與原理相結(jié)合的基本原則，對柴油機(jī)平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，可以使其振源得到有效的控制。

1 柴油機(jī)在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)平衡時(shí)的原理

把柴油機(jī)與汽油機(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，其壓縮性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油機(jī)，可達(dá)到十六到二十二之間，因此，在飛輪、活塞連桿組以及柴油機(jī)曲軸在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，所形成的往復(fù)慣性力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油機(jī)，而旋轉(zhuǎn)慣性力也要比其大很多。即使柴油機(jī)具有的曲軸按照既定的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，但活塞連桿組在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中的速度也存在著很大的差異，而向上的慣性力要比向下的慣性力大很多，這些因素的存在都對柴油機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生很大的影響，使其振動(dòng)的頻率加快。為了將這些慣力有效的得到抵消，使之實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，將所有的柴油機(jī)都對平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)置。平衡機(jī)構(gòu)能夠使柴油機(jī)具有的耐久性得到有效的提升，并使對機(jī)車進(jìn)行乘坐過程中的舒適程度得到很大的改善，特別是針對于三缸柴油機(jī)，此效果則更加的明顯。

柴油機(jī)還對平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行了專門的設(shè)置，甚至有些裝備還安裝了多個(gè)平衡機(jī)構(gòu)。而平衡機(jī)構(gòu)主要通過曲軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的方向正好與曲軸呈反方向，但其轉(zhuǎn)速和曲軸是完全相同的，并不存在差異。柴油機(jī)平衡機(jī)構(gòu)工作原理示意圖如圖1所示。

2 平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

往復(fù)活塞式的柴油機(jī)，其內(nèi)部存在的力矩成分與慣性力系的非平衡力是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)引起振動(dòng)的關(guān)鍵激勵(lì)源，不斷的對相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以抑制和消減慣性力系的非平衡力，使發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)有效的降低，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)具備的工作特性得到發(fā)展和改善，其具體的平衡措施如下。

2.1 平衡塊

該機(jī)構(gòu)主要是由安置在發(fā)動(dòng)機(jī)前端和后端的偏心輪的作用而實(shí)現(xiàn)的。為了使往復(fù)慣性力得到平衡，其偏心輪按照軸轉(zhuǎn)速的兩倍進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)曲軸旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行同一方向的旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，其還攜帶有偏心質(zhì)量。選取平衡塊措施，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)外形一直保持在一定的要求范圍中，對整機(jī)實(shí)現(xiàn)系列化有很大的幫助，而其具有的零部件，還具備著非常高的通用化程度。但此平衡機(jī)構(gòu)在為人們帶來便利的同時(shí)，還存在著些許不足：第一，如果機(jī)體一旦受到大的內(nèi)力矩，就會(huì)使機(jī)體的附加變形程度增大，則就要求機(jī)體具備一定的剛度；第二，選取平衡塊必定會(huì)使齒輪的數(shù)量明顯的增加，而整體的機(jī)械效率也會(huì)很差，從而使機(jī)械所產(chǎn)生的噪聲有所增加；除此之外，還存在著轉(zhuǎn)動(dòng)線速比較高以及軸承載荷比較大等問題。

2.2 單軸

該機(jī)構(gòu)是需要把一根平衡軸設(shè)置到曲線箱中，讓它運(yùn)用兩倍的曲軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)曲軸旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行同一方向的旋轉(zhuǎn)，通過平衡軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過程中形成的離心率來使柴油機(jī)具有的往復(fù)慣性力得到平衡。該機(jī)構(gòu)如果只是往復(fù)慣性力，其原理平衡軸位置需要處在柴油機(jī)的曲軸中心，但是在實(shí)際運(yùn)用的過程中，是不可能出現(xiàn)的。平衡軸一般處于與曲軸中心發(fā)生很大偏離的某位置，貫穿于整個(gè)機(jī)體。而平衡軸是通過多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行支撐的，個(gè)軸承具有的負(fù)荷很小，其所形成的內(nèi)力矩也很小，所產(chǎn)生的附加變形也不是很大，其油道也比較容易布置，整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)也更加的可靠。但此平衡機(jī)構(gòu)在為人們帶來便利的同時(shí)，還存在著些許不足，主要為其具有的相對質(zhì)量偏大，軸頸的直徑也比較大，還因?yàn)槠胶廨S和曲軸之間存在著一定的偏差距離，將會(huì)形成附加的非平衡力矩。盡管就原理上而言，該力矩能夠有效的使側(cè)傾力矩得到平衡，但是在對其進(jìn)行實(shí)際布置的過程中，除了會(huì)受到對V型夾角空間進(jìn)行有效利用的合理性、對外圍附件布置進(jìn)行有效利用的合理性和對連桿運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行有效利用的合理性等限制以外，其自身具備的附加力矩量值依舊對平衡軸位置的任意布置有著更高的要求，從而避免出現(xiàn)柴油機(jī)下的曲軸箱具有的寬度與高度的不斷加大，所以該平衡機(jī)構(gòu)在進(jìn)行使用的過程中，會(huì)在一定程度上被總體布置所限制，尤其是針對具有高、緊、湊等特征的軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，則顯得更加的明顯。總而言之，該平衡機(jī)構(gòu)所具有的緊湊性是非常差的，其自身具備的軸承負(fù)荷也非常大，非常容易導(dǎo)致出現(xiàn)故障，而其在進(jìn)行運(yùn)用過程中的靈活性也很小，還嚴(yán)重的缺失柴油機(jī)的動(dòng)力輸出頭，很難對該機(jī)構(gòu)機(jī)型所具備的的一致性進(jìn)行保證。

2.3 雙軸

在選取該機(jī)構(gòu)的時(shí)候需要建立在平衡塊機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)之上的，通過框架式軸承體，把平衡軸偏心軸安裝在柴油機(jī)的縱向?qū)ΨQ面呈現(xiàn)鏡面的兩側(cè)對稱位置，讓它運(yùn)用兩倍的曲軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)曲軸旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行同一方向的旋轉(zhuǎn)，通過平衡軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過程中形成的離心率來使柴油機(jī)具有的往復(fù)慣性力得到平衡。一旦把此機(jī)構(gòu)放置在類似于十二缸柴油機(jī)的鋁合金機(jī)體上，則該機(jī)體具有變化較大、難以進(jìn)行加工制造和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜等弊端。而選取框架式軸承體能夠順利的把存在的弊端和問題解決，柴油機(jī)的附件在進(jìn)行布置的過程中可以維持原樣，且與平衡塊進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，機(jī)體變形的程度也要小很多，但此平衡機(jī)構(gòu)在為人們帶來便利的同時(shí)，還存在著些許不足，其主要為整體的質(zhì)量和整機(jī)的高度有增加的趨勢。

該機(jī)構(gòu)在很大程度上把單軸機(jī)構(gòu)存在的不足進(jìn)行了克服，其平衡軸所在的位置也很容易對其進(jìn)行布置，還可以對初始的安裝角度進(jìn)行合理的選擇，并對平衡軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過程中形成的離心率以及附加力矩值進(jìn)行有效的調(diào)整，以此使平衡率對往復(fù)慣性力的要求相符合，并使側(cè)傾力矩被徹底的抵消，從而使對內(nèi)部激振力進(jìn)行抑制的基本目標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，柴油機(jī)也得到了廣泛的發(fā)展。由于受到各種主客觀因素的影響，在發(fā)展的過程中就必定會(huì)存在著很多的問題，柴油機(jī)振動(dòng)是長期以來對車輛工作中的具體性能和柴油機(jī)本身產(chǎn)生不利影響的重要因素。但是隨著科學(xué)技術(shù)的日趨發(fā)展，不斷的涌現(xiàn)出了大量對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的手段和措施，而對柴油機(jī)自身的平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，可以使其振源得到有效的控制，并使機(jī)車的使用壽命得到提高。

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