专利名称:一种多缸柴油机平衡装置的利记博彩app
技术领域:
本设计是一种用较简单的机构来平衡多缸柴油机往复力偶的装置,最适用于双缸和三缸四冲程柴油机的平衡,以减轻振动而适应车用动力和移动作业的要求。
近年来国内生产农用运输车极为盛行,所选动力大致为290、295和2100等型柴油机,因此对双缸柴油机要求减振的呼声时有所闻。关于四冲程柴油机的减振问题,目前除单缸机采用双轴平衡(S195型)外,对于双缸和三缸机尚未见闻有何措施。一般说来,双缸和三缸柴油机也采用双轴平衡,其结构是比较复杂的。如欲对现有机型加装双轴平衡,则原结构须作大量更动,看来也不合算。
本装置结构简单,对现有双缸三缸四冲程柴油机改造时,只要在原型机上加装一条与凸轮轴平行的平衡轴,就可收到与双轴平衡同样的减振效果。(请阅下文减振原理。)同时,用本设计改造的柴油机,其外形尺寸完全不变,绝不妨碍对原配车辆的配套。在加工方面,除增加搪平衡轴轴承孔工序外,原有机体加工装备亦完全不变。在改造中,估计重量将增加3%,成本亦将增加3%,改造后的柴油机如作为车用动力,短时功率可增加20%。(因振动减轻,必要时可适当提高转速。)本装置是根据下述原理实现的1.在曲轴两端附加适当的偏心质量,使原已平衡的曲轴在旋转时形成一组附加力偶,这附加力偶的指向与往复力偶相反,其力矩足以平衡50%的往复力偶。
2.在凸轮轴的上方加装一条与其平行(避开气门推杆)的平衡轴,这平衡轴的转速与曲轴相同,而转向与曲轴相反。当平衡轴旋转时,其两端平衡块形成的力偶,指向亦与往复力偶相反,力矩亦为往复力偶的50%。
3.由于平衡轴力偶与曲轴附加力偶的指向相同,其和又与指向相反的往复力偶相等,从而往复力偶获得平衡。同时,平衡块水平分力形成的两组水平力偶(附图3),因彼此指向相反,也互相平衡。
本装置构造说明于下(一)双缸四冲程柴油机平衡机构请阅附
图1。
图1(a)是农车常用的几种柴油机齿轮室轮系图,数字1为曲轴齿轮,2为惰轮,3为凸轮轴齿轮,4为准备加装的平衡轴齿轮,5为飞轮外径园弧,此弧表示平衡块与飞轮之间相对位置。图中d1、d2分别为凸轮轴与平衡轴对气缸中心线的距离。
附
图1(b)说明平衡块与曲轴定位关系,也是往复力偶最大值的位置。图中第一曲柄表示活塞在上死点,右边的两个平衡质量m1和m1′都指向正下方;第二曲柄表示活塞在下死点,左边的两个平衡质量m2和m2′都指向正上方。由于本装置的四个平衡质量佈置不对称,平衡计算时须在两缸之间虚设一条关系线,以求两边的力矩;因此两缸中心距a被关系线平分为两个 1/2 a。图中b1、b1′及b2、b2′分别为平衡质量m1、m1′及m2、m2′对关系线的距离。在附图2中,D为飞轮内园,用以对平衡质量m2定位,R为曲柄销廻转半径,m为活塞及连杆小头质量。其余符号分别为四个平衡质量的旋转半径、离心力、离心力的垂直分力和水平分力。并以a·mRω2cosθ为平衡计算的依据。式中ω为曲柄角速度(弧度/秒)。
当第一曲柄转角θ小于90°时(图2a),活塞等质量m的一级往复惯性力为mRω2cosθ,指向上方,对关系线形成一个逆时针力矩 1/2 a·mRω2cosθ。这时曲轴上附加质量m1的离心力为F1,其垂直分力F1v为m1R1ω2cosθ;右上方平衡块m1′的离心力为F1′,其垂直分力F1′v为m1′R1′ω2cosθ;这两个垂直分力都指向下方,对关系线(
图1b)形成两个顺时针力矩b1·m1R1ω2cosθ和b1′·m1′R1′ω2cosθ。用数学式表达往复力矩与平衡力矩的关系,则右边力矩之和为1/2 × 1/2 a·mRω2COSθ-b1·m1R1ω2COSθ=0……(1)1/2 × 1/2 a·mRω2COSθ-b1′·m1′R1′ω2COSθ=0……(2)同样,在关系线左边的力矩之和为1/2 × 1/2 a·mRω2COSθ-b2·m2R2ω2COSθ=0……(3)1/2 × 1/2 a·mRω2COSθ-b2′·m2′R2′ω2COSθ=0……(4)从式(1)至式(4)的平衡关系可知,四个平衡力矩都等于 1/4 amRω2COSθ。所以b1m1R1=b1′m1′R1′=b2m2R2=b2′m2′R2′……(5)因此,式(1)式(3)相加,即为曲轴附加力偶与往复力偶的关系1/2 amRω2COSθ=(b1m1R1+b2m2R2)ω2COSθ……(6)同样,式(2)式(4)相加,即为平衡轴力偶与往复力偶的关系1/2 amRω2COSθ=(b1′m1′R1′+b2′m2′R2′)ω2COSθ……(7)式(6)和式(7)反映了前述原理的第一项和第二项,即曲轴附加力偶等于往复力偶的50%,平衡轴力偶亦等于往复力偶的50%。
式(6)式(7)相加则为整机力偶平衡方程式amRω2COSθ=(b1m1R1+b2m2R2)ω2COSθ+(b1′m1′R1′+b2′m2′R2′)ω2COSθ……(8)
式(8)表明,本装置对一级往复力偶的平衡是能实现的。
关于平衡块水平分力的平衡,请阅附图2。曲轴自由端的平衡质量m1(图2a)水平分力F1H为m1R1ω2sinθ,与关系线(
图1b)右边的距离b1形成一个顺时针力矩b1m1R1ω2sinθ;飞轮端的平衡质量m2(图2b)水平分力F2H为m2R2ω2sinθ,与关系线左边的距离b2也形成一个顺时针力矩b2m2R2ω2sinθ。依据式(5)各个平衡力矩相等的关系,作用在曲轴两端的水平力矩,就成为一组水平力偶(附图3)。其式为Mc=(b1m1R1+b2m2R2)ω2sinθ……(9)在活塞右上方的平衡块(附图2),即平衡轴两端的平衡块,因其转向与曲轴相反,故水平分力F1′H为m1′R1′ω2sin(-θ),另一端水平分力F2′H为m2′R2′ω2sin(-θ);其力矩分别为-b1′m1′R1′ω2sinθ和-b2′m2′R2′ω2sinθ。因此,平衡轴的力偶是负向的(附图3),也就是逆时针的。其式为Mb=-(b1′m1′R1′+b2′m2′R2′)ω2sinθ……(10)式(9)与(10)的两组水平力偶虽不在同一平面,但其和始终等于零。根据力偶定理“力偶可由一平面移至任一平行平面,其外效应不变”。的论述,这两组水平力偶是能达到外部平衡的;不致使柴油机横向振动。
各个平衡块本身的力矩(重量与重心距的乘积),从式(1)至(4)得m1R1=amR/4b1m2R2=amR/4b2m1′R1′=amR/4b1′ m2′R2′=amR/4b2′(二)三缸四冲程柴油平衡机构请阅附图4。图4(a)表示曲轴上的附加质量m1和m2的位置与曲柄角的关系,这时第一曲柄在上死点后30°。图中D为飞轮内园,d为平衡轴对气缸中心距离;字母A、B、C分别为第一、第二和第三曲柄;左上角的m1′和m2′是平衡轴上的平衡块。
图4(b)表示曲轴与平衡轴纵向佈置。当第一曲柄从上死点转到30°时,往复力偶为最大。这时第一缸内的往复惯性力向上,所以右边的平衡质量m1和m1′都指向正下方;第三缸内的往复惯性力向下,所以飞轮端的平衡质量m2和m2′都指向正上方;在这瞬时,第二缸内的一级往复惯性力等于零。图中b1、b1′和b2、b2′分别为四个平衡质量对关系线的距离,a为相邻两缸的中心距,数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为第一缸、第二缸和第三缸的中心线。
由于本装置的平衡块佈置不对称,故以第二缸中心线作为关系线,用以计算两边的力矩平衡。又因三缸机往复力偶最大值为3]]>mRω2a,(式中m为活塞及连杆小头质量。R为曲柄销廻转半径,a为相邻两缸的中心矩。)在作力矩平衡计算时,应将力偶变成力矩的形式,故对关系线的往复力矩为 1/2
mRω2a。根据图4(b)所给平衡块对关系线的距离,其平衡力矩与往复力矩的关系为右边力矩之和 1/2 × 1/2
mRω2a-m1R1ω2b1=0……(11)1/2 × 1/2
mRω2a-m1′R1′ω2b1′=0……(12)左边力矩之和 1/2 × 1/2
mRω2a-m2R2ω2b2=0……(13)1/2 × 1/2
mRω2a-m2′R2′ω2b2′=0……(14)解上列四式,平衡块本身力矩(重量与重心矩的乘积)依次为m1R1=0.433mRa/b1m1′R1′=0.433mRa/b1′m2R2=0.433mRa/b2m2′R2′=0.433mRa/b2′
式(11)至式(14)四式相加,则为整机平衡方程式
mRω2a=(m1R1b1+m2R2b2)ω2+(m1′R1′b1′+m2′R2′b2′)ω2……(15)式中(m1R1b1+m2R2b2)ω2为曲轴附加力偶,(m1′R1′b1′+m2′R2′b2′)ω2为平衡轴的力偶。式(15)与式(8)不同之处在于未用垂直分力表示,这是因为计算平衡力矩时选择了往复力偶最大值的位置;在这瞬间,关系线右边的两个平衡块都指向正下方,左边的都指向正上方,它们都不存在水平分力,所以这时的平衡力是纯粹的离心力。
关于水平力偶的平衡性,在双缸机水平力偶分析中,已证明柴油机不会产生横向振动;三缸机的平衡机构与双缸机完全相同,其平衡效果自然也是相同的。
(三)本设计用于未平衡的二冲程柴油机改造时,就不需要另加平衡轴,只要求凸轮轴转向与曲轴相反,其两端配上平衡块就行了。
权利要求一种由一条平衡轴和曲轴附加力偶组成的多缸柴油机平衡装置;其特征是在曲轴两端附加两个偏心质量m1和m2,这附加质量形成的力偶等于50%的往复力偶;在机体一侧有一条平衡轴,其两端平衡块m1′和m2′形成的力偶亦等于50%的往复力偶;平衡轴和曲轴之间的传动是由曲轴齿轮1经齿轮2、3传至平衡轴齿轮4的,齿轮1与齿轮4的转速相等。
专利摘要一种多缸柴油机平衡装置,最适用于双缸和三缸四冲程柴油机往复力偶的平衡,也适用于未平衡的二冲程柴油机的改造。其原理是在曲轴两端附加适当的偏心质量,使曲轴形成一组附加力偶,其力矩足以平衡50%的往复力偶;再设置一条与凸轮轴平行、转速与曲轴相等而转向相反的平衡轴,其两端平衡块形成的力偶亦足以平衡50%的往复力偶。同时,平衡轴的水平力偶与曲轴附加的水平力偶彼此指向相反而力矩相等,从而保证了柴油机横向平衡。
文档编号F16F15/22GK2035817SQ8820740
公开日1989年4月12日 申请日期1988年6月18日 优先权日1988年6月18日
发明者史玉琏 申请人:史玉琏