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第三章 内燃机的平衡 第一节 平衡的基本概念 第二节 旋转惯性力的平衡 第三节 往复质量的平衡 第一节 平衡的基本概念 为使内燃机曲轴旋转时运转平稳，不引起支承的振动，不但要求其静平衡，而且还要求动平衡。 静平衡：质量系统旋转时产生的各离心力的合力等于零，也就是系统的质心位于旋转轴线上，没有偏心。 动平衡：质量系统旋转时产生的各离心力的合力和对任意点的合力矩均等于零。 首先在设计时要保证曲轴的动平衡，然后在制造时保证动平衡偏差在许可范围内。 第二节 旋转惯性力的平衡 曲轴系统的动平衡主要靠合理布置平衡块的办法来实现。 但平衡块的设计必须考虑以下各因素： A.曲轴动平衡 B.曲轴主轴承负荷 C.曲轴弯曲负荷 D.曲轴箱弯曲负荷 E.曲轴整体质量（提高扭振固有频率） 1、对于单拐曲轴的平衡块的布置： 2、二拐曲轴的平衡块的布置 对于二拐曲轴，常用的曲拐夹角为180度，显然此种曲轴是静平衡的，但不动平衡。即： 二拐曲轴的平衡块的布置 3、四拐(平面)曲轴的平衡块的布置 对于四拐曲轴，它是二拐曲轴的对称延伸。此种曲轴从整体上来看是既静平衡又动平衡（无平衡块时）。但考虑到曲轴内部的弯曲负荷及主轴承负荷，经常加4个平衡块，也有加8个平衡块实现“完全”平衡的。 4、三拐曲轴的平衡块的布置 对于三拐曲轴，要求曲拐夹角为120度。它有不平衡的离心力矩Mr(1.732amrrω2），作用在与第一拐成300的平面内。实际内燃机中，有用6个平衡块“完全平衡”的，也有采用“整体平衡”方案的。各种方案都能达到整体动平衡的目的，但各种方案所用平衡块的总质量不一样，曲轴内部负荷及主轴承负荷也不一样。实际上，用两平衡块的方案有困难。 三拐曲轴的平衡块的布置 5、四拐且曲拐夹角为90度的曲轴 四拐且曲拐夹角为90度的曲轴（二冲程四缸内燃机和四冲程V形八缸内燃机），存在有不平衡的离心力矩Mr（3.162amrrω2）,作用在与第一拐成18026’的平面内。理论上可用8个、2个或4个平衡块进行平衡，但实际上常用大小不同的6个平衡块进行平衡。其平衡条件为： ７、四冲程直列六缸曲轴的平衡块的布置 四冲程直列六缸内燃机的曲拐夹角为120度，其曲轴旋转质量系统不加平衡块也是完全平衡的。但为了减轻主轴承离心负荷和曲轴的内弯矩，经常加有平衡块。几个布置方案实例如图9－15所示，其各自产生的效果对比如表9－3所列。 表9－3 四冲程直列六缸内燃机曲轴常用平衡块布置方案的特性比较 平衡块设计 最后值得指出的一点是，平衡块形状不同，相同质量的平衡块会产生不同的平衡效果。 第三节 内燃机往复惯性力的平衡 一、往复惯性力的旋转矢量表示法 单缸内燃机的往复惯性力可以表示为： 或 Fj=FI+FII FI=FI0cosφ, FI0=mjrω2 FII= FII0cos2φ, FII0=λmjrω2 式中，FI为一阶往复惯性力；FII为二阶往复惯性力。二阶往复惯性力比一阶往复惯性力小得多。高阶往复惯性力实际上可以忽略不计。 往复惯性力的旋转矢量表示法 一阶和二阶惯性力都各自可用一对反向旋转的力矢量的合矢量表达。 FI＝F＋I＋ F－I FII＝F＋II＋F－II F＋I＝ F－I＝(1/2) FI0 F＋II=F－II=(1/2) FII0 二、单缸机的平衡 1、一阶往复惯性力可以用一对互相反转的平衡块加以平衡，只要其静矩为： mIrI=(1/2)mjr 即可。 单缸机的平衡 2、在曲轴上布置一平衡块（非平衡曲拐质量的平衡块），外加两平衡块同向反转，若不在与曲轴中心同一水平线上，则有附加力矩。 单缸机的平衡 3、工业用单缸机常用半平衡法，即在mr以外增加mI。 三、单列式内燃机的平衡 对于单列式内燃机来说，只要讨论各缸的正转矢量的合矢量，并将其在气缸轴线方向的投影乘以2就是最后的结果。 单列式内燃机还可能存在往复惯性力矩。 四、双列式内燃机的平衡 重要结论 如果曲柄图、二级曲柄图内的曲柄排列是均匀的，那么离心惯性力和一、二级往复惯性力是自行平衡的。 镜面对称的曲柄排列（与中央主轴颈中心断面等距离的一对曲柄在曲柄图上占据同一位置）的惯性力矩必定是自行平衡的。 如果曲柄图、二级曲柄图内的曲柄全部重叠时，那么离心力和一、二级往复惯性力没有平衡。 重要结论 （续） 对相同型式的内燃机，气缸数越多，平衡性能越好。 单列式的单缸、双缸、四缸四冲程机和单列单缸、双缸二冲程机的一、二级往复惯性力没有平衡，其它单列机的一、二级往复惯性力都是平衡的。 单列式三缸机（1－3－2） 作曲柄图和轴侧图 作惯性力矢量图 三拐曲轴一、二阶曲柄图和轴侧图 一阶惯性力 二阶惯性力 得到 FRjⅠ=0 FRjⅡ=0 1