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9Y2622曲轴平衡重改进设计及平衡计算


柴 油 机 设 计 与制 造

!年

第 期

? #? ## 曲轴平 衡 重 改进 设 计及 平衡 计算

摘要
计原理





? # ? # # 曲轴 平衡 重 改 进 设

本 文 介 绍

了我 厂 引 进 的 卡 特 彼 勒 四 耘 柴 油 机

计算 及分 析 曲轴

%

并以

此 为 例 介 绍 了一 种 更 为 先 进 和 精 确 的 曲 轴 平 衡 计 算 的 方

叙词

平衡

力矩

惯性 力
, ? ! ( 减小 平 衡重 宽 度

前言
用 于 卡 特 彼 勒四 缸 柴 油 机上 的
?#? ##

便于 毛 坯 锻 造

,

但宽度 方 向 的 减 小 量 受 到 平 衡 重 外 缘上 的 去
重范 围限 制
#


曲 轴采用 了模锻 毛坯



,

该 毛 坯的 锻 造工 艺 性
,

好 坏 是 直 接 影 响 曲轴 能 否 国 产 化 的 关 键 因
鉴 于 国 内锻 造 技 术 水 平 的 局 限 性


? #?##

曲轴 原 始 平 衡 方 案 的分 析 并 且按 分 段 平 衡 法设 置 四 块 平 衡
( 并 改 善 轴 承 负荷 从 理 论 上 讲


四缸

? # ? # # 曲 轴 各 曲 拐 间的 夹 角 呈 一 百 八

柴 汕 机 ? # ? # # 曲 轴 毛 坯 的锻 造 难 点 主 要 集 中 在平 衡 重 宽度 和 出 模 角 上 设 计方 案
,

十 度布 置

,

,

为 了 提 出与 卡

用 于 抵 消 一 部 分 曲 轴 本 身 所承 受 的 内弯
,

特 彼 勒 原 形 曲 轴 平 衡 效 果一 致 的 平 衡 重 改 进

矩 ?见图

便 于 解 决 上 述 两 个 难 氛和 在 国 内
,

锻造 该 曲 轴 毛 坯 的 可 能 性

首 先必 须 对 原 曲
,

轴进 行详 细的 分析和平 衡计 算
的 最 佳 改 边二设 计 方 案
&

然 后 在此基



?

目肉

础 上提 出 满 足 锻 造 和 机 加 工 这 两 方 面 所 要 求


目 从 曰日 门 甲? 卜士 0 日 鱿/ . 日 1
犷 ,

%

?+ 目

,

进行平 衡重 改进 没计 的原则
?

( 曲 轴 平 衡重 所 产 生 的 平 衡 效 果 不



%

? # ( 在 平 衡重 外 缘上 的 去重 范 围 尽 量

保 持不 变
&



#

改 进 设 计 的具 体措 施
?

( 平 衡重侧面 ? 连杆 轴颈 侧 ( 采 用
,

机加 工

以 避 免 由于 出 模 角 变 人 引 起 平 衡 重

重 量 不 足 所 带 来 的 不利 影 响 %
? # ( 适 当增加平 衡 重厚度
,


以弥 补平
%

?2 (

?# ?## 曲 轴

? 3 ( 曲 轴 的 旋 转 惯 性 力和 旋 转 惯 性 力

衡 重 宽 度 减小 对 平 衡 效 果 带 来 的 影 响
% 机加 工 的 方 法 保 证 其 尺 寸 精度

矩 ?不 加平 衡重 (
? 4 ( 曲 轴 的 旋转 惯性 力 和 旋 转惯 性 力

? ) ( 适 当 增 大平 衡 重 外 缘 半 径 并 采 用

矩 ? 加平 衡重 (

人 民 出版社
6

,

56
&

油 机 噪声

,

上 海 内燃 机 学会 第 四 届 学 术 年 会

王栋



吴 炎庭

应 用 结 构模 态 修 改 降 低 朵

论文集

,



如 果 曲 轴上 各个 曲臂 的 结 构
相 同 并 呈 镜 面 对 称 布置
,



形状 和大小 都

头 巨
夕 <力 =

& &

1

那 么 这 种 曲拐 布 置 即 曲 轴 自身 的 旋 转 由于 机 加 工


?!

> ? ?Α


。 ?# ) 5 (
&


=

#?
#

&

6
?!

方 案 具有 动 平 衡 的 特 性 惯 性力 矩 为 零


,

#
=

> ? Α ?

?

?Β5
?



(

>

) )66




但是

,

检验等



&



5 ΒΒ
&

:7

Χ

;



方 面 的 需要

,

?# ?##

曲轴 各曲 臂 的 结 构 形
,

#

&

)

原 始 形状 曲 轴 几 何旋 转 中 心 与 质 且 中心

状 和 大小 并不 完 全 相 同 呈 镜面 对 称 布 置
,

从 整 体 看 曲臂 还 是

的偏 心 纽
根 据 日 才 住 友 金 属公 司 扣 荐 灼 偏 心 量 估

经 过平 衡计算 可以 知 道该


曲 轴 ? 不 考虑 平 衡 重 的 设 置 ( 会 产 生 附加 的
旋 转 惯 性 力 和 旋 转惯 性力 矩 如 果 将 7 ? # ? # #

算公 式

1

偏 心量 △

=

曲 抽上 的 各 个 曲臂 和 原 始 平 衡 重 一同 进 行质
量 分 布 分 析和 平 衡 计 算 ? 详见 计 算 结 果 部
1 份 ( 可 以 得 出结论

不 平衡最 ? 在前 端 或法兰 ( 各 曲臂 ? 带 平 衡 重 ( 机 加 工 后 的 总质 量 Δ
由此得 出
乙玉 二

#
1

? #?##

曲轴原 始 设 计

? # ? # # 原 形 曲轴的 偏 心量
? ? ? :7 5 ! Β :7 Δ
?

不 具备 动 平 衡 特 性
量 中心 不 重 合 制 造过 程 中
,

,

其 几 何 旋 转 中心 线 与质


Ε




Χ

,

而且 在 第一 和 第 四 连 杆 轴 颈
在 实 际加工
)


石,
&

交&

; (

#





6Χ ;

的 反 方 向 上 产 生一 个 剩 余 力 矩 量 中心 孔 后 可 以 基 本 消 除
,

?; ;

这 一剩 余力 矩 在 毛 坯 两 端 打 质

改进

? # ? # # 曲 轴 平 衡 重 形 状方 案

使 曲轴 完 成 机 加
,

根据平 衡效 果不 变以 及去 重范 围尽 量保

工 后 的 不 平衡 力矩 降 到最 低 限 度

便 厂最 后

持不 变 的 改 进 设 计 原 则 机加 工 的 要 求
,

,

将原 ? # ? # # 曲 轴
,

去 重校 核 劝平 衡
#
&

,

达 到 设 计要 求



平衡 重形状 作 了合理 的改变 采 用 机 加 工 这 一有 利 因 素
1
,

以 满足锻 造和

? # ? # # 曲轴 原 形 ? 带 平 衡重 ( 所 产 生

并且 结合平 衡重连杆 轴 颈侧 在平 衡计算 和 分
,

的 剩 余质 皿 短和 不 平 衡 力 矩
? 飞( 乘 余 质 量 矩 ? 不 平 衡 量 ( 」
8


析对 比 的 基 础 上
? 详见 图 # (


制 定 出最 佳 改 进 设 于 方 案 卜

8

9



8

, 二

&

) ?: 7
1

?

; 4
Φ 2

角 度 ? 从前端 看 (
= 2 Φ Γ0 2 Α

。 二

Α 2 0 4 次
。 一






Β

!

Β# 5

一?Β

&

)

# #

&



? # ( 乘 余不 平 衡 力 矩 ? 相 对 前 端 的 不 叮

平 衡 力矩 (

1

Η

=

Η

9

Ι

Η,
1

=

6Β ? 6Β: 7
&

?

4

;



角度 ? 从 前 端 看 (
二 2


?

2 Φ4

02 Α


#


况 0? ?

言 是子 一 畏 影

’ ? 5 #‘Β



=

Β6

#

&

#

? # ? # # 曲轴 原 始 形 状 平 衡 重 所 产 生 的

反 向 内 弯矩
?

(
=

连 杆 轴 颈 方 向 上 的 反 向 内弯 矩
&

1

图# ? 2 ( 曲 臂
6



5 ?

虚 线 表示 原 始 形 状 (
工 Α

< Κ9


&

?!

> 4 Λ ?
&

?# ) 5 (
&



9

#?

&

注 ?

1

#

> ΧΛ ?
=

?
&

?Β 5



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>


) )66
&

=

6 # )#6
&

( 平 衡块 总 宽度 减 小 6
&

;

%

?) 5 6


!!5

6

:7

?

Χ

? # ( 去 重 角度 减 小

?



?# (

垂 直 连杆 轴 颈 方 向上 的 反 向 内 弯

, ? ) ( 平 衡 块 连 杆 抽 颂 侧 未用 机 加 工

厚度

为# )

&

;

;

%

?

( 连杆 轴 颈 方 向 上 的 反 向 内 弯 矩


1

, ? ! ( 平 衡 块 外缘 采 用 机加工

粗 糙度 Μ

2 =

9 <夕

=

&

Β ?

9 ΧΛ ?

?)
?6Β
&

&



(
&

>

# 6 件;



#?

&

6#
&



5



66 ?!
&

又 ΧΛ 。

?
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&



(

>
?

) )Β

? 3 ( 曲 臂! 注 ?
1



6 ?

虚 线 表 示 原始形 状 (
,

=

6

! )#Β



##

=

) !:7

4

;



? # ( 垂 直 连 杆 轴 颈 方 向 上 的反 向 内 弯

( 平 衡块 总 宽度 减 小 ! ; ;


#?
,

1

? # ( 平 衡 块 外 缘 去 重 角度 ? 范 围 ( 减 小
Β !
&

勿 Κ参
,
&



&

Β

?

义 ? ?Α

?)
&

&



(


&



%

6#
&



5

&

66


又 ? ?Α


?
&

?6Β
&



(

>


) )Β

? ) ( 平 衡 块 连 杆轴 颈 侧 采 用 机 加 工

厚度
2 二

=



5?! 一
&

56 #

# ? Ε #: 7

Χ

;

为#)

&

Α Φ ;

%

)

)

改 进 后 曲 轴 几 何 旋 转 中 心 与 质且 中

? ! ( 平 衡 块 外 缘 采 用机 加 工 粗 糙 度 Μ
# 6 协; )
&

心 的偏 心 0 依 照 上 述 估 算 公 式 求得 改 进 曲 轴 的 偏 心 量
1



改进 后平衡 重 所产生 的剩余 质皿 矩及 不 平 衡力矩
?

( 剩 余质 量 矩
, ?8 夕 (

1

8
&



=
?

?8 9 ,
Χ





Δ



=

? !: 7
一 。

;


=

聂 黯爹 贾


、 乏 ”

?

“‘ ?

; 4

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角度

!

? ‘ 二 ? #?

%? &





+ + ?+1




,

平 搜计 算 万

?

() ? +,


进 行 曲轴 平 衡 计 算 之 前

,

必 需求 解 各 曲


? ( . 不 平 衡力 矩

臂 ? 带 平 衡重 . 的质心 位置 及质 量
2

由于 曲

乘 余不 平 衡 力 矩 ! / 」
? /0
,

?

? /3
5,
6

,

.
?

4
9

臂 形 状 比较 复杂
:
6

,

采 用 二 维 坐 标 法 求 解误 差
,

.




7 ) 58 0




较大


,

故 改 进 设 计采 用 计 算 机 三 维 实 体 造 型

角度
? (
6

! ? ‘?

? ? #?‘ &

二 五

/ ;,

?

++

6

7 <1



( ) ? ( )1

法 求 解质 心 和 质 量

提高了 计 算 速 度











改 进后 平 衡 重 所 产 生 的 反 向 内 弯 矩

平 衡 计 算 的 参数 和 纪 果 列 于 表 <
原始 形 状 平衡 计算 计
〔从

表(

曲轴 类 型

知 心 距

士 丫
Β



) = (+ (( 曲轴

计 算 参数


=


呱6



前端 香

>

?

>

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」Α 匕 Α

<


四 杀工

兰 岁 华 卫生< 一 一 些 … 生Α 竺 (些


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Α

,

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角度

Γ Γ

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6

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角 度
6

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竺 牛牛Α 角生 … 一

Χ

项 重距
,
,

,

,

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Β


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Α
<



7

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Κ

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,
Β

,

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端 Α()(
,7,


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Φ 不 平衡 量

Α

Α
Λ 9


,

Κ Η



Α
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Α

Α

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Α

竺 竺竺巡些竺 一 Μ塑 尘进 兰
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6

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Κ

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几+







Β 】。 一 ? 力 琳 蕊 0 倪 <<
, ,
Β

Α


Β

Ν

Β







才… … 口
表#
7 ? # ? # # 曲抽改进

后 形 状 平 衡 计算

曲 轴类 型
工 四杀

工 丢

心 距
1

计 算 参数
&


Κ


Κ





Κ

Ν

Κ

Κ

1

Κ

+ 2 Ο
Κ #
Κ #) Κ )!
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? Δ #二

逻笋…
一驯产 洲 动
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五 片
Κ之
,







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&



5


一1



不平衡 量
&

# ) : 7 Χ; 5 :7 Χ ;


法兰端
Δ

) #
&





质量距
?: 7 4 ; ( 曲臂 曲臂 #
曲臂 )
# Β


角度
?
。 “

质 量距 的 分量 8
89


Π Θ

,

相 对 前端 的 力 拒 Η
Η :7
9
, , Η Ρ :7

(

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)
)5 )


,




,

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6!
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4 ?Α




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# Β) Β6# ) #Β


Β
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Β


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脚臂 6
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曲 件Β 曲 臂5 总童 Σ
Β





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Β



Β



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#? #













+二

&

多 !

朵油 机 设 计与制造

?。 !年 。

第?



高 压 喷 射 时 燃 油 喷 雾 特性 和 燃 烧 现 象 的分 析
经汝 良 摘要








编译


已研

制 出能产 生 # 6 < Κ 2 压 力 的 两 种 喷 油 装 置


一 种 为 液 力放 大 型
,

,



逐 渐 上 升 和 急速 停 止


型 喷 油 规律

%

另一 种 为 蓄 压 式
,


具有



矩形



喷 油规


,

采用 高压 容 器对上 述 两 种 装 置 进 行评 定
本 文 运 用 了高速摄 影

分析 喷 油 压 力 和 喷 油 速 率 对 非 蒸 发 燃
阴 影摄 影
%


油 贪雾 特 性 的 影 响

全 息摄 影 和 图 象 分 析 等 技



,

发 现 高 压 喷 油 可 形 成 较 细 油 拉 和 产 生 较 稀 昆合 气



同 时 还 发 现 蓄压 式 高 压 喷 油
,

装 置 和 液 力 放 大 型 高压 喷 油 装 置 产 生 的 喷 雾 构 成 有 些 差 异
行 了讨 论
机上
,


并 对 这 些 差异 的 原 因 进

为 了 观 察燃 烧 现 象

,

将 其 中一 种 喷 油 装 置 安 装 在 带 石 英 玻 璃 活 塞 的 发 动


具 有 高 压 喷 射 的 燃 烧 显 示 了优 越 的 性 能

叙词

发动 机

喷射

燃 油喷嘴

高速摄 影

全 息 摄影 测 皿
,

图 象 分析


许 多 科 研 人 员 已 发 表过 关 于 通 过 提 高 喷
射 压 力大 大 改 善 燃 烧 性 能 的 文 章
曾 介绍 过
,


氮气 ( 中

分 析 非 蒸发 燃 油 喷 注
,


从高 速摄

本文 作 者
,

影 机 拍摄 的照片

可 以 观 察 到 燃 油 喷 注 随时 对喷 注的油 滴直径 和 当
,

采 用 液 力 放 大 型 高压 喷 油 装 置 来
,

间变 化的发 展过 程 图
,

提高 喷 射 压 力

,

从 而 使 燃 烧持 续 期 缩 短





虽 比 进 行 阴 影摄 影 图像 分 析 分析 喷注油 滴 的分布


并通 过全 息
对 两种喷 汕装
,

且 降 低 一氧 化 碳

烟 度和 颗 粒 的 排 放
,




他 们 又 和 有 关公 司 合 作
,

研 制了一 种 蓄
< Κ2 的 喷 射


用 一 台 单缸 试 验 发 动 机

,

压 式 高 压喷 油 装 置 驱动 喷 嘴 针 阀
压力 形



该 装 置 采 用 电控 的 液 力
,

置 ? 液 力放 大 型 高 压 喷 油 装 置 和 有 管 路 系 统
的 传 统柱 塞 式 单 体泵 进 行 发 动 机 性 能 试 验



产生 超过 # 6

这种 新 型 喷 油 装 置
。 。

具 有所 谓



并 且 用 一 台 改装 后 带 石 英 玻 璃 窗 的 试 验 发 劝

喷 油规律

这 看 来更 适 合 于 燃 油 喷 雾 的
,

机 进 行 燃 烧过 程 摄 影 高 压 喷 射 装置



基础研究

为了 弄 清 高 压 喷 射 时 燃 烧 改 进 的 机 理
作 者 对燃 油 喷 注 作了 比 较详 尽 的 研 究 装置
,


有 一 种 新 型 喷 射 装置 ? 蓄压 式 喷 油 装
置 ( 的原理 图 ? 见原 文 图 ( 5 生 器 的 高压 燃 汕 ? 最 高为 #




他们

来 自高 压 发 通过 稳


采 用 蓄 压 式 高 压 喷 油 装 置 和 液 力放 大 型 喷 油 通 过 将 燃 油 喷入 一 个 高 压 容 器 ? 充 满

Λ<Κ2 (

压 油 箱 被 传 送 到 喷 油 器 和 三 通 电 磁 阀处



6

结论

上 述 曲 轴 平 衡 重 改 进 以 及 平 衡 计 算 方法 可 以 推 广 运 用 到 其 它 单缸 平 衡 分 析 和 计算 中去

?

通 过 平 衡 计 算 可 以 清 楚 地 比较 出平 衡 重 改 进 前 后 的 平 衡效 果 变 化 以 及 平 衡 重 外 缘 上
的去重 范 围变化 是否合理
,



多缸 发 动 机 曲轴


对 于 曲 轴 平 衡重 的 设


%

以 便 正 确评 价 整



,

此 方 法 具有 平 衡 效 果定 量


定 性 分 析容
&

Υ

个改 进 方 案的 可 行 性



易 和 计 算 精 度 高 等 优点

&

#6

&


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