預設不平衡量的曲軸動平衡方法

郭宏恩

摘 要：通過對發動機振動的研究，制定出一種預設不平衡量的曲軸動平衡方法，采用這種方法平衡的曲軸安裝成曲軸飛輪組件后，曲軸飛輪組件能達到整體平衡的效果，從而減小發動機的振動。

關鍵詞：發動機；曲軸；預設；動平衡；振動

中圖分類號：TK42 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0083-02

Abstract：Through the study of engine vibration， a dynamic balancing method of crank shaft is developed. By using this method to balance the crankshaft to be installed into the crankshaft flywheel group， the crankshaft flywheel group can achieve the overall balance of the effect. So as to reduce the vibration of the engine.

Key words：engine；crankshaft；presuppose；dynamic balance；vibration

1 概述

曲軸、飛輪總成是發動機上的主要旋轉零部件，其不平衡量大小是影響發動機振動的重要因素。因此，每個發動機的曲軸、飛輪生產線都安裝有平衡機，用于對曲軸和飛輪總成進行動平衡。由于飛輪的長度與直徑的比值小，也有些飛輪生產線采用靜平衡方法平衡飛輪總成。基于一些汽車發動機廠家將曲軸、飛輪總成及其他相關零部件組裝在一起進行整體動平衡以最大可能減小曲軸飛輪組件動不平衡量的方法，我們研究制定出預設不平衡量的曲軸動平衡方法。該方法應用于我公司YT柴油機上后，達到了將曲軸、飛輪總成及其他相關零部件組裝在一起形成的曲軸飛輪組件進行整體動平衡的近似效果，不僅減小了發動機的振動，而且保持了曲軸、飛輪制造和安裝原有的工藝性不變，成本不增加。

2 曲軸飛輪組件

YT柴油機曲軸飛輪組件如圖1所示。1.曲軸齒輪，2.曲軸皮帶輪輪轂，3.皮帶輪防塵罩，4.鍵，5.曲軸皮帶輪，6.皮帶輪固定螺栓，7.墊圈，8.曲軸搖爪墊板，9.曲軸搖爪或螺栓，10.飛輪定位銷，11.飛輪總成樣件，12.飛輪螺釘墊板，13.飛輪固定螺釘，14.曲軸。

在曲軸14、前端安裝鍵4、曲軸齒輪1、曲軸皮帶輪輪轂2、皮帶輪防塵罩3、曲軸皮帶輪5、皮帶輪固定螺栓6、墊圈7、曲軸搖爪墊板8、曲軸搖爪或螺栓9等內燃機自身傳動及防護零件；在曲軸后端安裝飛輪定位銷10、飛輪總成11、飛輪螺釘墊板12、飛輪固定螺釘13等內燃機儲蓄和釋放能量的零件，飛輪總成也是對外傳遞動力的零件。

3 傳統的曲軸和飛輪平衡方法[1]

曲軸的長度與直徑的比值較大，必須采用動平衡。傳統的曲軸動平衡方法很簡單，是將曲軸單獨放在動平衡機上進行動平衡檢測，動平衡檢測前要調零。當曲軸動不平衡量超差時，在曲軸前端或后端相應角度的平衡塊上鉆孔去重，然后重新檢測。如果仍然超差，就繼續進行去重、檢測，直到合格為止。

飛輪一般與飛輪齒圈安裝在一起，組裝成飛輪總成后進行平衡。以前一般對飛輪總成進行靜平衡，目前隨著技術的進步，飛輪總成多采用動平衡。

傳統的曲軸、飛輪平衡方法雖然可以使曲軸和飛輪總成本身達到較高的平衡精度，但曲軸飛輪組件包含的零件較多，YT柴油機的曲軸飛輪組件除了曲軸和飛輪總成外，還包含曲軸齒輪、曲軸皮帶輪輪轂、皮帶輪防塵罩、鍵、曲軸皮帶輪、皮帶輪固定螺栓、墊圈、曲軸搖爪墊板、曲軸搖爪或螺栓、飛輪定位銷、飛輪螺釘墊板、飛輪固定螺釘等零部件。這些零部件中，由于曲軸、飛輪總成、曲軸皮帶輪輪轂、曲軸齒輪等等大部分零部件都是不對稱的，其緊固件的布置也是不對稱的，所以，組裝后仍然存在較大的動不平衡量，從而引起柴油機工作中振動較大。

4 曲軸飛輪組件整體動平衡方法[2]

在一些汽車發動機生產線上，是將曲軸飛輪組件先安裝在一起，然后對曲軸飛輪組件進行整體動平衡。這種平衡方法能夠大幅度減小曲軸飛輪組件的動不平衡量，從而有效減小發動機的振動。但是，這種平衡方法制造工藝性差。如果曲軸飛輪組件整體動平衡后再整體進行發動機安裝，則運輸困難，且占地面積大，對于新建發動機裝配線可以考慮，對于已有發動機裝配線的發動機廠家就難以實現。如果把整體平衡后的曲軸飛輪組件拆開運輸，到裝配線再安裝，則不僅增加了拆裝工作，增加了同一組件識別工作，還容易出現安裝錯誤。如果出現安裝錯誤，則又增大了動不平衡量，引起發動機振動增大。因此，這種平衡方法僅適用于新建發動機生產線的廠家，對于已有曲軸生產線和發動機裝配線的廠家則不適應。

5 預設不平衡量的曲軸動平衡方法

為了既減小曲軸飛輪組件的動不平衡量，又保持現有曲軸生產和發動機裝配的工藝性，我們通過研究，制定出了一種預設不平衡量的發動機曲軸動平衡方法，該平衡方法如下：

⑴將1根曲軸樣件安裝在曲軸平衡機上進行動平衡，見圖1，要求其動不平衡量小于10g.cm；

⑵將1個飛輪總成樣件安裝在飛輪動平衡機上進行動平衡，要求其動不平衡量小于10g.cm；

⑶將所平衡的曲軸樣件、飛輪總成樣件以及發動機要求裝配的曲軸齒輪、曲軸皮帶輪輪轂、曲軸皮帶輪等按工藝要求安裝，組裝成曲軸飛輪組件；

⑷將曲軸飛輪組件安裝在曲軸動平衡機上進行動平衡，動平衡示意圖見圖2。注意：動平衡時不允許在飛輪總成上去重，必須在曲軸上去重，要求其動不平衡量小于10g.cm；

⑸將動平衡后的曲軸飛輪組件拆分開；

⑹將拆分開后的曲軸飛輪組件中的曲軸樣件安裝在曲軸動平衡機上，測量其動不平衡量，示意圖見圖3；

⑺按照測量出的曲軸樣件兩端的動不平衡量，在曲軸平衡機上預設與其相同角度、相同大小的動不平衡量；

⑻將曲軸樣件再安裝在預設動不平衡量的曲軸平衡機上，測量曲軸樣件的動不平衡量，應小于10g.cm；如果大于10g.cm，說明動不平衡量的設置方向不對，需在曲軸平衡機上預設相反角度、相同大小的動不平衡量，然后重新測量曲軸樣件的動不平衡量，應小于10g.cm；

⑼按照工藝要求，在預設動不平衡量的曲軸平衡機上平衡生產用曲軸。

從上述曲軸平衡方法可以看出，預設不平衡量的曲軸動平衡方法只是在前期測量曲軸飛輪組件的動不平衡量時多做了些工作，制定出預設不平衡量的值，之后的曲軸動平衡方法和原有的方法完全相同，曲軸的裝配方法也不變。

6 效果

預設不平衡量的曲軸動平衡方法在YT柴油機上進行了驗證，三缸機曲軸前端的動不平衡量約100g.cm，曲軸后端的動不平衡量約150g.cm。將動不平衡量和角度進行優化后，在曲軸動平衡機上預設了不平衡量。把預設不平衡量進行動平衡的曲軸和沒有預設不平衡量進行動平衡的曲軸依次安裝在同一臺柴油機上并在同一個試驗臺架上進行振動對比試驗，前者與后者相比，振動烈度明顯下降，由不容忍級D級降低到了可容忍級C級。

在整機配套廠家，預設不平衡量進行動平衡的曲軸安裝的YT柴油機與其他發動機廠家的同類型柴油機相比振動烈度也較低。

由此可見，預設不平衡量的曲軸動平衡方法是發動機減小振動的一項有效措施。

7 推廣應用價值

在曲軸動平衡機上預設不平衡量，這樣，動平衡后的曲軸實際上是動不平衡的，其動不平衡量即預設的動不平衡量，與從曲軸飛輪組件拆分的曲軸樣件一致。但在這動不平衡的曲軸上裝上了飛輪總成及曲軸齒輪、曲軸皮帶輪輪轂、曲軸皮帶輪等等零件后是動平衡的，即所裝發動機上的曲軸飛輪組件基本上是動平衡的。這樣，在發動機工作過程中，產生的振動和噪聲小，發動機工作可靠性高，零部件使用壽命長，同時減少了發動機的維修服務費用。不僅如此，還使配套使用的拖拉機、工程機械等整機的駕駛員感覺舒適，且對其身體健康危害小；配套使用的拖拉機、工程機械等整機在噪聲檢測中容易達到要求而通過性能驗收或鑒定。

該曲軸動平衡方法適用于老的發動機生產線改造，不增加成本；也適用于新建發動機生產線，與曲軸飛輪組件整體動平衡方法相比，不僅占地面積小，零件運輸方便，而且投資少。

預設不平衡量的曲軸動平衡方法因其工藝性好，對發動機減振效果明顯，可廣泛應用在柴油機、汽油機、天然氣發動機等內燃機領域的發動機上及其他相似結構的機器設備上。

參考文獻

[1]曾傳智，曾建秋，廖曉非，段細忠，曾前編.《柴油機構造、使用與維修》.湖南：湖南科學技術出版社，1990：102.

[2]《柴油機設計手冊》上冊.柴油機設計手冊編輯委員會編.北京：中國農業機械出版社，1984：580.