談柴油機(jī)的平衡與平衡機(jī)構(gòu)的維護(hù)

劉麗娟

摘 要：沒有良好的平衡機(jī)構(gòu)，柴油機(jī)工作會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，帶來可怕惡果。從柴油機(jī)平衡原理談起，對(duì)使用維護(hù)中常見的錯(cuò)誤操作導(dǎo)致平衡機(jī)構(gòu)損壞原因進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；平衡機(jī)構(gòu)；維護(hù)

中圖分類號(hào)：TK422 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.025

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，在每一個(gè)工作循環(huán)中傳給支承的作用力的大小和方向都不改變。而平衡性不好的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)架上振動(dòng)，影響駕駛的平順性和舒適性，使駕駛員更加疲勞，以致影響行車安全和作業(yè)質(zhì)量。同時(shí)振動(dòng)引起噪音，消耗能量，降低機(jī)器效率，還會(huì)引起緊固連接件的松動(dòng)，降低機(jī)器工作的可靠性和耐久性。因此，要采取技術(shù)措施，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作平衡。

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，活塞和連桿小頭在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)速度極不均勻，中間快，兩頭慢，在上、下止點(diǎn)改變運(yùn)動(dòng)方向的時(shí)候速度等于零（加速度最大）。也就是說活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半個(gè)行程（近似一半行程）是加速運(yùn)動(dòng)，往復(fù)慣性力向上；后半個(gè)行程是減速運(yùn)動(dòng)，往復(fù)慣性力向下。同理，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半個(gè)行程慣性力向下，后半個(gè)行程慣性力向上。換句話說，曲軸轉(zhuǎn)一圈，活塞在汽缸上半部的慣性力是向上的，下半部的慣性力是向下的，并且活塞和連桿的小頭的重量越大，曲軸轉(zhuǎn)速越高，往復(fù)慣性力越大。就是這個(gè)慣性力和離心力使發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡，引起振動(dòng)。為此，在195系列柴油機(jī)上采用了雙軸平衡或單軸平衡。曲柄上（連桿軸頸相反的一側(cè)）裝配平衡重塊用來平衡旋轉(zhuǎn)慣性力；平衡軸上裝配平衡重塊用來平衡往復(fù)慣性力。

1 柴油機(jī)平衡原理

雙軸平衡原理是曲軸齒輪經(jīng)中間齒輪分別驅(qū)動(dòng)，各帶有一平衡重塊的一對(duì)平衡軸，這一對(duì)平衡軸重量相同，旋轉(zhuǎn)方向相反。為了滿足平衡要求，兩平衡軸與曲軸轉(zhuǎn)速相同，即曲軸齒輪與平衡軸齒輪齒數(shù)相等。平衡重塊產(chǎn)生的離心力，其兩個(gè)水平分力與往復(fù)慣性力平衡；兩個(gè)垂直分力方向相反，互相抵消。在安裝平衡塊時(shí)，應(yīng)使活塞處于上止點(diǎn)位置時(shí)平衡重塊偏向最右側(cè)，保證實(shí)現(xiàn)往復(fù)慣性力的平衡。

雖然雙軸平衡性好，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。所以有的柴油機(jī)采用了單軸平衡機(jī)構(gòu)。它是用曲軸曲柄上的平衡塊和平衡軸上的平衡塊來平衡往復(fù)慣性力的。曲柄上的平衡塊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力分兩部分：水平分力平衡往復(fù)慣性力的一半，垂直分力則構(gòu)成一個(gè)新的不平衡力。因此，單靠曲柄上的平衡塊不能完全平衡往復(fù)慣性力，需另加一根平衡軸，通過一對(duì)齒輪由曲軸驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速與曲軸相同，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。這根平衡軸上也裝有一個(gè)平衡塊，它產(chǎn)生的離心力也分成兩部分：水平分力把剩下的一半往復(fù)慣性力平衡掉了，垂直分力和曲軸平衡塊產(chǎn)生的分力互相抵消，實(shí)現(xiàn)了往復(fù)慣性力的完全平衡。但是，兩個(gè)垂直分力不是作用在同一條直線上，由此產(chǎn)生一個(gè)不平衡的力矩。所說的部分平衡，就是沒有平衡掉這個(gè)力矩，這是單軸平衡的缺點(diǎn)。

必須注意，不管是單軸平衡還是雙軸平衡，都要使曲軸和平衡軸保持位置上的相對(duì)關(guān)系，也就是齒輪嚙合位置不能錯(cuò)。否則，非但不能實(shí)現(xiàn)平衡，還可能造成更大的不平衡。發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)，各齒輪都刻有安裝記號(hào)，安裝時(shí)要對(duì)準(zhǔn)記號(hào)。

2 使用中常見錯(cuò)誤實(shí)例

（1）更換零件的質(zhì)量誤差過大。柴油機(jī)出廠時(shí)設(shè)計(jì)部門己經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算，平衡軸與曲軸、連桿、活塞等產(chǎn)生的離心力是基本平衡的。所以在更換它們中的任何一個(gè)零件時(shí)，都要嚴(yán)格按原件質(zhì)量進(jìn)行選配，使它們之間的質(zhì)量差嚴(yán)格控制在發(fā)動(dòng)機(jī)零件要求的規(guī)范內(nèi)（活塞允差5 g、連桿允差10 g，活塞連桿總成允差30 g，平衡軸允差20 g）。對(duì)一臺(tái)大修后震動(dòng)異常的柴油機(jī)進(jìn)行拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)曲軸、平衡軸質(zhì)量與原機(jī)相差200 g以上，連桿質(zhì)量相差150 g以上，都大大超過了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在修理此類單缸柴油機(jī)時(shí)，要重視配件的質(zhì)量關(guān)系。

（2）裝配錯(cuò)誤。一臺(tái)195型柴油機(jī)平衡齒輪損壞，更換同一型號(hào)、同等質(zhì)量的平衡機(jī)構(gòu)總成，啟動(dòng)后產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。重新拆下檢查發(fā)現(xiàn)，平衡機(jī)構(gòu)總成的平衡齒輪裝反。原來機(jī)手在安裝時(shí)，因沒找到平衡塊上的配對(duì)記號(hào)，只好憑經(jīng)驗(yàn)把平衡齒輪上的配對(duì)記號(hào)對(duì)準(zhǔn)平衡塊的缺口處安裝，結(jié)果正好錯(cuò)過180°，致使平衡機(jī)構(gòu)不僅起不到平衡作用，反而增加了離心力。

在正常情況下，平衡機(jī)構(gòu)偏重所產(chǎn)生的慣性力和曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力相抵消，從而保證了柴油機(jī)工作的平穩(wěn)性。但在柴油機(jī)拆裝、維修過程中，如果將平衡軸裝錯(cuò)，不僅不能起平衡作用，反而會(huì)引起更大的振動(dòng)，甚至造成平衡軸的斷裂。

（3）齒輪原嚙合位置改變。一臺(tái)X195型柴油機(jī)連續(xù)斷了三根平衡軸，其斷裂部位是在平衡軸與平衡軸固定盤的連接部位。起初誤認(rèn)為平衡軸質(zhì)量差，但換上新平衡軸，裝機(jī)后沒多久又?jǐn)嗔?。?jīng)認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)平衡軸與機(jī)體的連接位置發(fā)生了變化。其原因是：由于原固定平衡軸的螺釘松動(dòng)，螺釘與機(jī)體產(chǎn)生摩擦，致使機(jī)體螺釘孔徑擴(kuò)大，這樣，雖然緊固了螺釘，但平衡軸齒輪與曲軸齒輪原嚙合位置發(fā)生了變化，造成柴油機(jī)震動(dòng)加劇。

（4）轉(zhuǎn)速劇變。對(duì)柴油機(jī)而言，平衡軸偏重產(chǎn)生的慣性力與曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力相平衡，但就平衡機(jī)構(gòu)本身來說，這個(gè)慣性力仍然是由平衡軸及軸承來承擔(dān)的。所以，當(dāng)轉(zhuǎn)速急劇變化時(shí)，離心力驟然增大，極易造成平衡軸斷裂。例如“飛車”事故，有不良的猛轟油門習(xí)慣等，均會(huì)使平衡軸受到比平時(shí)大若干倍的慣性力。endprint