单气缸发动机的平衡优化方法

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：发动机的平衡是对旋转运动质量和往复运动质量所产生的所有不平衡力进行平衡。式右侧第一项称为1次惯性力，第二项称为2次惯性力。旋转体的惯性力Fir的计算式如下。Fir=mrω2r 此惯性力以离心力作用在曲轴臂上。往复运动部分的惯性力不能获得完全的平衡，即存在如下成分的力。

发动机的平衡是对旋转运动质量和往复运动质量所产生的所有不平衡力进行平衡。首先，对往复运动质量系统进行分析。

活塞系统（往复运动质量）进行往复直线运动（垂直方向运动）。如果活塞与活塞销质量之和为m_pr，连杆中进行往复运动的小头部的质量为m_pc，那么总质量m_p为这两个质量之和。因此往复运动质量所产生的惯性力F_ip的计算式为。

式中，r为曲轴半径；ω为曲轴旋转角速度；活塞的加速度a_p利用了式（10.13）。式（10.67）右侧第一项称为1次惯性力，第二项称为2次惯性力。

其次，对旋转运动质量（曲轴系统）惯性力的平衡进行分析。旋转体部分的总质量m_r是曲轴臂、曲轴销等质量m_rc与连杆中进行旋转运动的大头部质量m_rr之和。旋转体的惯性力F_ir的计算式如下。

F_ir=mrω²r （10.68）

此惯性力以离心力作用在曲轴臂上。旋转体惯性力F_ir分为垂直（x轴方向）和水平方向（y轴方向）分力，如图10-18所示其计算式为

垂直方向惯性力： F_ircoSθ=m_rω²rcoSθ （10.69）

水平方向惯性力： F_irSinθ=m_rω²rSinθ （10.70）

设定旋转和往复运动质量惯性力的垂直方向分力为X，水平方向分力为Y。活塞系统因进行往复直线运动，活塞系统的惯性力均为垂直方向的力，没有水平方向的力。因此，垂直和水平方向分力的平衡式为

式中，对于旋转体质量的惯性力，如图10-18所示，在与曲轴销对称的位置附加设置质量M_r的平衡锤可以消除。往复运动部分的惯性力不能获得完全的平衡，即存在如下成分的力。

从式（10.73）可以看出，对于水平方向的不平衡惯性力可以附加设置平衡锤来获得平衡，但是对于垂直方向的不平衡惯性力可以有限减少，但不能获得全平衡。

图10-18 对旋转运动质量的平衡