典型工况下轻量化曲轴的平衡性与动力性研究



典型工况下轻量化曲轴的平衡性与动力性研究

发动机平衡是内燃机发展的关键环节，而曲轴平稳转动又是降低发动机振动的保证。研究了内燃机在典型工况下曲轴的平衡性和动力性。为实现曲轴的轻量化，研究了当平衡质量块减少后曲轴的工作性能。

介绍了曲轴在设计阶段的一种平衡技术，即可制造性设计（DFM），该技术不仅能够保证较好的曲轴平衡，而且能为曲轴制造提供评价标准，同时确定一个允许范围内的残余不平衡量。通过试验验证了全质量块、半质量块、轻量级质量块和挖空质量块等4种类型曲轴的平衡性，结果表明有3种类型曲轴的不平衡性均低于ISO1940-1标准中的规定值，符合要求。

还有一些相关的平衡方法如弯曲补偿法，主要是为了预估曲轴动态下的不平衡性。试验结果表明，随着质量块的减少，弯曲补偿也逐渐降低，甚至于轻量级质量块在两种（转动、转动+振动）工况下的弯曲补偿都为零。继续对上述4种不同曲轴的平衡性进行研究发现，随着平衡质量块的减少，发动机主轴承负荷会不断增加。而对于发动机而言，主轴承负荷增加引起的两种力矩（扭转力矩和俯仰力矩）可能会产生致命损害。此外，还对发动机的扭转振动进行了模态分析，并以全质量块曲轴为例验证了结构设计的安全系数。

综合考虑以上各种设计参数及试验验证结果，在不久的将来，通过减轻质量块的质量来提高曲轴的平衡性是一种很好的方法。

Alex de Souza Rodrigues et al. SAE 2013-36-0621.

编译：张利丹