柴油机平衡机构设计探讨

周海松　乔云　徐信峰

摘 要：柴油机振动是长期以来对车辆工作中的具体性能和柴油机本身产生不利影响的重要因素。在近些年，随着车身设计的不断轻量化和其动力装置呈现的大功率化等需求的日趋加强，由于柴油机而导致车辆振动现象的发生已经越来越普遍，而人们也对柴油机具有的性能有着更高的要求，相关的环保法规也对柴油机产生的噪音以及振动有着更为严格的要求，采取有效的措施对柴油机振动进行控制，已经逐渐的变成对其进行应用和设计过程中的关键。而对柴油机自身的平衡机构进行有效的设计，可以使其振源得到有效的控制。

关键词：柴油机；平衡机构；设计

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）12019002

车体机身如果长时间的发生振动，则既会使驾驶员在驾车过程中的疲劳程度不断增加，还会使机体寿命有所降低。例如，如果车体机身振动的非常厉害，其驾驶员的手掌则会因此而被震得发肿，甚至驾驶员在长时间内都不能和拖拉机扶把进行接触。但面对该种情况，驾驶员务必不能惊慌并进行乱拆乱卸处理，而应该以从表面到里层、从简单到复杂以及与原理相结合的基本原则，对柴油机平衡机构进行有效的设计，可以使其振源得到有效的控制。

1 柴油机在进行运转平衡时的原理

把柴油机与汽油机进行比较发现，其压缩性要远远大于汽油机，可达到十六到二十二之间，因此，在飞轮、活塞连杆组以及柴油机曲轴在进行运转的过程中，所形成的往复惯性力要远远大于汽油机，而旋转惯性力也要比其大很多。即使柴油机具有的曲轴按照既定的速度进行旋转，但活塞连杆组在进行往复运动过程中的速度也存在着很大的差异，而向上的惯性力要比向下的惯性力大很多，这些因素的存在都对柴油机振动产生很大的影响，使其振动的频率加快。为了将这些惯力有效的得到抵消，使之实现平稳运转，将所有的柴油机都对平衡机构进行了设置。平衡机构能够使柴油机具有的耐久性得到有效的提升，并使对机车进行乘坐过程中的舒适程度得到很大的改善，特别是针对于三缸柴油机，此效果则更加的明显。

柴油机还对平衡机构进行了专门的设置，甚至有些装备还安装了多个平衡机构。而平衡机构主要通过曲轴进行驱动，其进行旋转的方向正好与曲轴呈反方向，但其转速和曲轴是完全相同的，并不存在差异。柴油机平衡机构工作原理示意图如图1所示。

2 平衡机构设计

往复活塞式的柴油机，其内部存在的力矩成分与惯性力系的非平衡力是导致发动机引起振动的关键激励源，不断的对相关机构进行设计，可以抑制和消减惯性力系的非平衡力，使发动机振动有效的降低，从而使发动机具备的工作特性得到发展和改善，其具体的平衡措施如下。

2.1 平衡块

该机构主要是由安置在发动机前端和后端的偏心轮的作用而实现的。为了使往复惯性力得到平衡，其偏心轮按照轴转速的两倍进行旋转，并根据曲轴旋转方向进行同一方向的旋转，与此同时，其还携带有偏心质量。选取平衡块措施，可以使发动机外形一直保持在一定的要求范围中，对整机实现系列化有很大的帮助，而其具有的零部件，还具备着非常高的通用化程度。但此平衡机构在为人们带来便利的同时，还存在着些许不足：第一，如果机体一旦受到大的内力矩，就会使机体的附加变形程度增大，则就要求机体具备一定的刚度；第二，选取平衡块必定会使齿轮的数量明显的增加，而整体的机械效率也会很差，从而使机械所产生的噪声有所增加；除此之外，还存在着转动线速比较高以及轴承载荷比较大等问题。

2.2 单轴

该机构是需要把一根平衡轴设置到曲线箱中，让它运用两倍的曲轴转速进行旋转，并根据曲轴旋转方向进行同一方向的旋转，通过平衡轴进行旋转的过程中形成的离心率来使柴油机具有的往复惯性力得到平衡。该机构如果只是往复惯性力，其原理平衡轴位置需要处在柴油机的曲轴中心，但是在实际运用的过程中，是不可能出现的。平衡轴一般处于与曲轴中心发生很大偏离的某位置，贯穿于整个机体。而平衡轴是通过多个点进行支撑的，个轴承具有的负荷很小，其所形成的内力矩也很小，所产生的附加变形也不是很大，其油道也比较容易布置，整个机构系统也更加的可靠。但此平衡机构在为人们带来便利的同时，还存在着些许不足，主要为其具有的相对质量偏大，轴颈的直径也比较大，还因为平衡轴和曲轴之间存在着一定的偏差距离，将会形成附加的非平衡力矩。尽管就原理上而言，该力矩能够有效的使侧倾力矩得到平衡，但是在对其进行实际布置的过程中，除了会受到对V型夹角空间进行有效利用的合理性、对外围附件布置进行有效利用的合理性和对连杆运动轨迹进行有效利用的合理性等限制以外，其自身具备的附加力矩量值依旧对平衡轴位置的任意布置有着更高的要求，从而避免出现柴油机下的曲轴箱具有的宽度与高度的不断加大，所以该平衡机构在进行使用的过程中，会在一定程度上被总体布置所限制，尤其是针对具有高、紧、凑等特征的军用发动机的时候，则显得更加的明显。总而言之，该平衡机构所具有的紧凑性是非常差的，其自身具备的轴承负荷也非常大，非常容易导致出现故障，而其在进行运用过程中的灵活性也很小，还严重的缺失柴油机的动力输出头，很难对该机构机型所具备的的一致性进行保证。

2.3 双轴

在选取该机构的时候需要建立在平衡块机构基础之上的，通过框架式轴承体，把平衡轴偏心轴安装在柴油机的纵向对称面呈现镜面的两侧对称位置，让它运用两倍的曲轴转速进行旋转，并根据曲轴旋转方向进行同一方向的旋转，通过平衡轴进行旋转的过程中形成的离心率来使柴油机具有的往复惯性力得到平衡。一旦把此机构放置在类似于十二缸柴油机的铝合金机体上，则该机体具有变化较大、难以进行加工制造和结构非常复杂等弊端。而选取框架式轴承体能够顺利的把存在的弊端和问题解决，柴油机的附件在进行布置的过程中可以维持原样，且与平衡块进行比较发现，机体变形的程度也要小很多，但此平衡机构在为人们带来便利的同时，还存在着些许不足，其主要为整体的质量和整机的高度有增加的趋势。

该机构在很大程度上把单轴机构存在的不足进行了克服，其平衡轴所在的位置也很容易对其进行布置，还可以对初始的安装角度进行合理的选择，并对平衡轴进行旋转的过程中形成的离心率以及附加力矩值进行有效的调整，以此使平衡率对往复惯性力的要求相符合，并使侧倾力矩被彻底的抵消，从而使对内部激振力进行抑制的基本目标得到实现。

3 结语

随着社会的发展和进步，柴油机也得到了广泛的发展。由于受到各种主客观因素的影响，在发展的过程中就必定会存在着很多的问题，柴油机振动是长期以来对车辆工作中的具体性能和柴油机本身产生不利影响的重要因素。但是随着科学技术的日趋发展，不断的涌现出了大量对其进行设计的手段和措施，而对柴油机自身的平衡机构进行有效的设计，可以使其振源得到有效的控制，并使机车的使用寿命得到提高。

参考文献

[1]张吉军，刘振水，龚红彬等.采油采气企业盈亏平衡分析[A].面向复杂系统的管理理论与信息系统技术学術会议专辑[C].2000.

[2]杨育谛，王庆昭，赵学明.基于FBA的菌种代谢工程改进方法[A].第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集（上）[C].2006.

[3]付念新，田中斡也.2-乙基己基膦酸单（2-乙基己基）酯萃取硝酸和盐酸溶液中钇和铕的平衡分析[A].006年全国冶金物理化学学术会议论文集[C].2006.

[4]刘大全，肖忠会，张文等.滑动轴承非线性油膜力的一维直接解法[A].2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集[C].2003.