預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法

郭宏恩

摘 要：通過對發(fā)動機(jī)振動的研究，制定出一種預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法，采用這種方法平衡的曲軸安裝成曲軸飛輪組件后，曲軸飛輪組件能達(dá)到整體平衡的效果，從而減小發(fā)動機(jī)的振動。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；曲軸；預(yù)設(shè)；動平衡；振動

中圖分類號：TK42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0083-02

Abstract：Through the study of engine vibration， a dynamic balancing method of crank shaft is developed. By using this method to balance the crankshaft to be installed into the crankshaft flywheel group， the crankshaft flywheel group can achieve the overall balance of the effect. So as to reduce the vibration of the engine.

Key words：engine；crankshaft；presuppose；dynamic balance；vibration

1 概述

曲軸、飛輪總成是發(fā)動機(jī)上的主要旋轉(zhuǎn)零部件，其不平衡量大小是影響發(fā)動機(jī)振動的重要因素。因此，每個發(fā)動機(jī)的曲軸、飛輪生產(chǎn)線都安裝有平衡機(jī)，用于對曲軸和飛輪總成進(jìn)行動平衡。由于飛輪的長度與直徑的比值小，也有些飛輪生產(chǎn)線采用靜平衡方法平衡飛輪總成?；谝恍┢嚢l(fā)動機(jī)廠家將曲軸、飛輪總成及其他相關(guān)零部件組裝在一起進(jìn)行整體動平衡以最大可能減小曲軸飛輪組件動不平衡量的方法，我們研究制定出預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法。該方法應(yīng)用于我公司YT柴油機(jī)上后，達(dá)到了將曲軸、飛輪總成及其他相關(guān)零部件組裝在一起形成的曲軸飛輪組件進(jìn)行整體動平衡的近似效果，不僅減小了發(fā)動機(jī)的振動，而且保持了曲軸、飛輪制造和安裝原有的工藝性不變，成本不增加。

2 曲軸飛輪組件

YT柴油機(jī)曲軸飛輪組件如圖1所示。1.曲軸齒輪，2.曲軸皮帶輪輪轂，3.皮帶輪防塵罩，4.鍵，5.曲軸皮帶輪，6.皮帶輪固定螺栓，7.墊圈，8.曲軸搖爪墊板，9.曲軸搖爪或螺栓，10.飛輪定位銷，11.飛輪總成樣件，12.飛輪螺釘墊板，13.飛輪固定螺釘，14.曲軸。

在曲軸14、前端安裝鍵4、曲軸齒輪1、曲軸皮帶輪輪轂2、皮帶輪防塵罩3、曲軸皮帶輪5、皮帶輪固定螺栓6、墊圈7、曲軸搖爪墊板8、曲軸搖爪或螺栓9等內(nèi)燃機(jī)自身傳動及防護(hù)零件；在曲軸后端安裝飛輪定位銷10、飛輪總成11、飛輪螺釘墊板12、飛輪固定螺釘13等內(nèi)燃機(jī)儲蓄和釋放能量的零件，飛輪總成也是對外傳遞動力的零件。

3 傳統(tǒng)的曲軸和飛輪平衡方法[1]

曲軸的長度與直徑的比值較大，必須采用動平衡。傳統(tǒng)的曲軸動平衡方法很簡單，是將曲軸單獨放在動平衡機(jī)上進(jìn)行動平衡檢測，動平衡檢測前要調(diào)零。當(dāng)曲軸動不平衡量超差時，在曲軸前端或后端相應(yīng)角度的平衡塊上鉆孔去重，然后重新檢測。如果仍然超差，就繼續(xù)進(jìn)行去重、檢測，直到合格為止。

飛輪一般與飛輪齒圈安裝在一起，組裝成飛輪總成后進(jìn)行平衡。以前一般對飛輪總成進(jìn)行靜平衡，目前隨著技術(shù)的進(jìn)步，飛輪總成多采用動平衡。

傳統(tǒng)的曲軸、飛輪平衡方法雖然可以使曲軸和飛輪總成本身達(dá)到較高的平衡精度，但曲軸飛輪組件包含的零件較多，YT柴油機(jī)的曲軸飛輪組件除了曲軸和飛輪總成外，還包含曲軸齒輪、曲軸皮帶輪輪轂、皮帶輪防塵罩、鍵、曲軸皮帶輪、皮帶輪固定螺栓、墊圈、曲軸搖爪墊板、曲軸搖爪或螺栓、飛輪定位銷、飛輪螺釘墊板、飛輪固定螺釘?shù)攘悴考?。這些零部件中，由于曲軸、飛輪總成、曲軸皮帶輪輪轂、曲軸齒輪等等大部分零部件都是不對稱的，其緊固件的布置也是不對稱的，所以，組裝后仍然存在較大的動不平衡量，從而引起柴油機(jī)工作中振動較大。

4 曲軸飛輪組件整體動平衡方法[2]

在一些汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線上，是將曲軸飛輪組件先安裝在一起，然后對曲軸飛輪組件進(jìn)行整體動平衡。這種平衡方法能夠大幅度減小曲軸飛輪組件的動不平衡量，從而有效減小發(fā)動機(jī)的振動。但是，這種平衡方法制造工藝性差。如果曲軸飛輪組件整體動平衡后再整體進(jìn)行發(fā)動機(jī)安裝，則運輸困難，且占地面積大，對于新建發(fā)動機(jī)裝配線可以考慮，對于已有發(fā)動機(jī)裝配線的發(fā)動機(jī)廠家就難以實現(xiàn)。如果把整體平衡后的曲軸飛輪組件拆開運輸，到裝配線再安裝，則不僅增加了拆裝工作，增加了同一組件識別工作，還容易出現(xiàn)安裝錯誤。如果出現(xiàn)安裝錯誤，則又增大了動不平衡量，引起發(fā)動機(jī)振動增大。因此，這種平衡方法僅適用于新建發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線的廠家，對于已有曲軸生產(chǎn)線和發(fā)動機(jī)裝配線的廠家則不適應(yīng)。

5 預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法

為了既減小曲軸飛輪組件的動不平衡量，又保持現(xiàn)有曲軸生產(chǎn)和發(fā)動機(jī)裝配的工藝性，我們通過研究，制定出了一種預(yù)設(shè)不平衡量的發(fā)動機(jī)曲軸動平衡方法，該平衡方法如下：

⑴將1根曲軸樣件安裝在曲軸平衡機(jī)上進(jìn)行動平衡，見圖1，要求其動不平衡量小于10g.cm；

⑵將1個飛輪總成樣件安裝在飛輪動平衡機(jī)上進(jìn)行動平衡，要求其動不平衡量小于10g.cm；

⑶將所平衡的曲軸樣件、飛輪總成樣件以及發(fā)動機(jī)要求裝配的曲軸齒輪、曲軸皮帶輪輪轂、曲軸皮帶輪等按工藝要求安裝，組裝成曲軸飛輪組件；

⑷將曲軸飛輪組件安裝在曲軸動平衡機(jī)上進(jìn)行動平衡，動平衡示意圖見圖2。注意：動平衡時不允許在飛輪總成上去重，必須在曲軸上去重，要求其動不平衡量小于10g.cm；

⑸將動平衡后的曲軸飛輪組件拆分開；

⑹將拆分開后的曲軸飛輪組件中的曲軸樣件安裝在曲軸動平衡機(jī)上，測量其動不平衡量，示意圖見圖3；

⑺按照測量出的曲軸樣件兩端的動不平衡量，在曲軸平衡機(jī)上預(yù)設(shè)與其相同角度、相同大小的動不平衡量；

⑻將曲軸樣件再安裝在預(yù)設(shè)動不平衡量的曲軸平衡機(jī)上，測量曲軸樣件的動不平衡量，應(yīng)小于10g.cm；如果大于10g.cm，說明動不平衡量的設(shè)置方向不對，需在曲軸平衡機(jī)上預(yù)設(shè)相反角度、相同大小的動不平衡量，然后重新測量曲軸樣件的動不平衡量，應(yīng)小于10g.cm；

⑼按照工藝要求，在預(yù)設(shè)動不平衡量的曲軸平衡機(jī)上平衡生產(chǎn)用曲軸。

從上述曲軸平衡方法可以看出，預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法只是在前期測量曲軸飛輪組件的動不平衡量時多做了些工作，制定出預(yù)設(shè)不平衡量的值，之后的曲軸動平衡方法和原有的方法完全相同，曲軸的裝配方法也不變。

6 效果

預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法在YT柴油機(jī)上進(jìn)行了驗證，三缸機(jī)曲軸前端的動不平衡量約100g.cm，曲軸后端的動不平衡量約150g.cm。將動不平衡量和角度進(jìn)行優(yōu)化后，在曲軸動平衡機(jī)上預(yù)設(shè)了不平衡量。把預(yù)設(shè)不平衡量進(jìn)行動平衡的曲軸和沒有預(yù)設(shè)不平衡量進(jìn)行動平衡的曲軸依次安裝在同一臺柴油機(jī)上并在同一個試驗臺架上進(jìn)行振動對比試驗，前者與后者相比，振動烈度明顯下降，由不容忍級D級降低到了可容忍級C級。

在整機(jī)配套廠家，預(yù)設(shè)不平衡量進(jìn)行動平衡的曲軸安裝的YT柴油機(jī)與其他發(fā)動機(jī)廠家的同類型柴油機(jī)相比振動烈度也較低。

由此可見，預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法是發(fā)動機(jī)減小振動的一項有效措施。

7 推廣應(yīng)用價值

在曲軸動平衡機(jī)上預(yù)設(shè)不平衡量，這樣，動平衡后的曲軸實際上是動不平衡的，其動不平衡量即預(yù)設(shè)的動不平衡量，與從曲軸飛輪組件拆分的曲軸樣件一致。但在這動不平衡的曲軸上裝上了飛輪總成及曲軸齒輪、曲軸皮帶輪輪轂、曲軸皮帶輪等等零件后是動平衡的，即所裝發(fā)動機(jī)上的曲軸飛輪組件基本上是動平衡的。這樣，在發(fā)動機(jī)工作過程中，產(chǎn)生的振動和噪聲小，發(fā)動機(jī)工作可靠性高，零部件使用壽命長，同時減少了發(fā)動機(jī)的維修服務(wù)費用。不僅如此，還使配套使用的拖拉機(jī)、工程機(jī)械等整機(jī)的駕駛員感覺舒適，且對其身體健康危害?。慌涮资褂玫耐侠瓩C(jī)、工程機(jī)械等整機(jī)在噪聲檢測中容易達(dá)到要求而通過性能驗收或鑒定。

該曲軸動平衡方法適用于老的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線改造，不增加成本；也適用于新建發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線，與曲軸飛輪組件整體動平衡方法相比，不僅占地面積小，零件運輸方便，而且投資少。

預(yù)設(shè)不平衡量的曲軸動平衡方法因其工藝性好，對發(fā)動機(jī)減振效果明顯，可廣泛應(yīng)用在柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的發(fā)動機(jī)上及其他相似結(jié)構(gòu)的機(jī)器設(shè)備上。

參考文獻(xiàn)

[1]曾傳智，曾建秋，廖曉非，段細(xì)忠，曾前編.《柴油機(jī)構(gòu)造、使用與維修》.湖南：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1990：102.

[2]《柴油機(jī)設(shè)計手冊》上冊.柴油機(jī)設(shè)計手冊編輯委員會編.北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984：580.