郭宏恩

　　摘　要：通过对发动机振动的研究，制定出一种预设不平衡量的曲轴动平衡方法，采用这种方法平衡的曲轴安装成曲轴飞轮组件后，曲轴飞轮组件能达到整体平衡的效果，从而减小发动机的振动。
　　关键词：发动机；曲轴；预设；动平衡；振动

　　1　概述
　　曲轴、飞轮总成是发动机上的主要旋转零部件，其不平衡量大小是影响发动机振动的重要因素。因此，每个发动机的曲轴、飞轮生产线都安装有平衡机，用于对曲轴和飞轮总成进行动平衡。由于飞轮的长度与直径的比值小，也有些飞轮生产线采用静平衡方法平衡飞轮总成。基于一些汽车发动机厂家将曲轴、飞轮总成及其他相关零部件组装在一起进行整体动平衡以Z大可能减小曲轴飞轮组件动不平衡量的方法，我们研究制定出预设不平衡量的曲轴动平衡方法。该方法应用于我公司YT柴油机上后，达到了将曲轴、飞轮总成及其他相关零部件组装在一起形成的曲轴飞轮组件进行整体动平衡的近似效果，不仅减小了发动机的振动，而且保持了曲轴、飞轮制造和安装原有的工艺性不变，成本不增加。
　　2　曲轴飞轮组件
　　YT柴油机曲轴飞轮组件如图1所示。1.曲轴齿轮，2.曲轴皮带轮轮毂，3.皮带轮防尘罩，4.键，5.曲轴皮带轮，6.皮带轮固定螺栓，7.垫圈，8.曲轴摇爪垫板，9.曲轴摇爪或螺栓，10.飞轮定位销，11.飞轮总成样件，12.飞轮螺钉垫板，13.飞轮固定螺钉，14.曲轴。

　　在曲轴14、前端安装键4、曲轴齿轮1、曲轴皮带轮轮毂2、皮带轮防尘罩3、曲轴皮带轮5、皮带轮固定螺栓6、垫圈7、曲轴摇爪垫板8、曲轴摇爪或螺栓9等内燃机自身传动及防护零件；在曲轴后端安装飞轮定位销10、飞轮总成11、飞轮螺钉垫板12、飞轮固定螺钉13等内燃机储蓄和释放能量的零件，飞轮总成也是对外传递动力的零件。
　　3　传统的曲轴和飞轮平衡方法^[1]
　　曲轴的长度与直径的比值较大，必须采用动平衡。传统的曲轴动平衡方法很简单，是将曲轴单独放在动平衡机上进行动平衡检测，动平衡检测前要调零。当曲轴动不平衡量超差时，在曲轴前端或后端相应角度的平衡块上钻孔去重，然后重新检测。如果仍然超差，就继续进行去重、检测，直到合格为止。
　　飞轮一般与飞轮齿圈安装在一起，组装成飞轮总成后进行平衡。以前一般对飞轮总成进行静平衡，目前随着技术的进步，飞轮总成多采用动平衡。
　　传统的曲轴、飞轮平衡方法虽然可以使曲轴和飞轮总成本身达到较高的平衡精度，但曲轴飞轮组件包含的零件较多，YT柴油机的曲轴飞轮组件除了曲轴和飞轮总成外，还包含曲轴齿轮、曲轴皮带轮轮毂、皮带轮防尘罩、键、曲轴皮带轮、皮带轮固定螺栓、垫圈、曲轴摇爪垫板、曲轴摇爪或螺栓、飞轮定位销、飞轮螺钉垫板、飞轮固定螺钉等零部件。这些零部件中，由于曲轴、飞轮总成、曲轴皮带轮轮毂、曲轴齿轮等等大部分零部件都是不对称的，其紧固件的布置也是不对称的，所以，组装后仍然存在较大的动不平衡量，从而引起柴油机工作中振动较大。
　　4　曲轴飞轮组件整体动平衡方法^[2]
　　在一些汽车发动机生产线上，是将曲轴飞轮组件先安装在一起，然后对曲轴飞轮组件进行整体动平衡。这种平衡方法能够大幅度减小曲轴飞轮组件的动不平衡量，从而有效减小发动机的振动。但是，这种平衡方法制造工艺性差。如果曲轴飞轮组件整体动平衡后再整体进行发动机安装，则运输困难，且占地面积大，对于新建发动机装配线可以考虑，对于已有发动机装配线的发动机厂家就难以实现。如果把整体平衡后的曲轴飞轮组件拆开运輸，到装配线再安装，则不仅增加了拆装工作，增加了同一组件识别工作，还容易出现安装错误。如果出现安装错误，则又增大了动不平衡量，引起发动机振动增大。因此，这种平衡方法仅适用于新建发动机生产线的厂家，对于已有曲轴生产线和发动机装配线的厂家则不适应。
　　5　预设不平衡量的曲轴动平衡方法
　　为了既减小曲轴飞轮组件的动不平衡量，又保持现有曲轴生产和发动机装配的工艺性，我们通过研究，制定出了一种预设不平衡量的发动机曲轴动平衡方法，该平衡方法如下：
　　⑴将1根曲轴样件安装在曲轴平衡机上进行动平衡，见图1，要求其动不平衡量小于10g.cm；
　　⑵将1个飞轮总成样件安装在飞轮动平衡机上进行动平衡，要求其动不平衡量小于10g.cm；
　　⑶将所平衡的曲轴样件、飞轮总成样件以及发动机要求装配的曲轴齿轮、曲轴皮带轮轮毂、曲轴皮带轮等按工艺要求安装，组装成曲轴飞轮组件；
　　⑷将曲轴飞轮组件安装在曲轴动平衡机上进行动平衡，动平衡示意图见图2。注意：动平衡时不允许在飞轮总成上去重，必须在曲轴上去重，要求其动不平衡量小于10g.cm；

　　⑸将动平衡后的曲轴飞轮组件拆分开；
　　⑹将拆分开后的曲轴飞轮组件中的曲轴样件安装在曲轴动平衡机上，测量其动不平衡量，示意图见图3；

　　⑺按照测量出的曲轴样件两端的动不平衡量，在曲轴平衡机上预设与其相同角度、相同大小的动不平衡量；
　　⑻将曲轴样件再安装在预设动不平衡量的曲轴平衡机上，测量曲轴样件的动不平衡量，应小于10g.cm；如果大于10g.cm，说明动不平衡量的设置方向不对，需在曲轴平衡机上预设相反角度、相同大小的动不平衡量，然后重新测量曲轴样件的动不平衡量，应小于10g.cm；
　　⑼按照工艺要求，在预设动不平衡量的曲轴平衡机上平衡生产用曲轴。
　　从上述曲轴平衡方法可以看出，预设不平衡量的曲轴动平衡方法只是在前期测量曲轴飞轮组件的动不平衡量时多做了些工作，制定出预设不平衡量的值，之后的曲轴动平衡方法和原有的方法完全相同，曲轴的装配方法也不变。
　　6　效果
　　预设不平衡量的曲轴动平衡方法在YT柴油机上进行了验证，三缸机曲轴前端的动不平衡量约100g.cm，曲轴后端的动不平衡量约150g.cm。将动不平衡量和角度进行优化后，在曲轴动平衡机上预设了不平衡量。把预设不平衡量进行动平衡的曲轴和没有预设不平衡量进行动平衡的曲轴依次安装在同一台柴油机上并在同一个试验台架上进行振动对比试验，前者与后者相比，振动烈度明显下降，由不容忍级D级降低到了可容忍级C级。
　　在整机配套厂家，预设不平衡量进行动平衡的曲轴安装的YT柴油机与其他发动机厂家的同类型柴油机相比振动烈度也较低。
　　由此可见，预设不平衡量的曲轴动平衡方法是发动机减小振动的一项有效措施。
　　7　推广应用价值
　　在曲轴动平衡机上预设不平衡量，这样，动平衡后的曲轴实际上是动不平衡的，其动不平衡量即预设的动不平衡量，与从曲轴飞轮组件拆分的曲轴样件一致。但在这动不平衡的曲轴上装上了飞轮总成及曲轴齿轮、曲轴皮带轮轮毂、曲轴皮带轮等等零件后是动平衡的，即所装发动机上的曲轴飞轮组件基本上是动平衡的。这样，在发动机工作过程中，产生的振动和噪声小，发动机工作可靠性高，零部件使用寿命长，同时减少了发动机的维修服务费用。不仅如此，还使配套使用的拖拉机、工程机械等整机的驾驶员感觉舒适，且对其身体健康危害小；配套使用的拖拉机、工程机械等整机在噪声检测中容易达到要求而通过性能验收或鉴定。
　　该曲轴动平衡方法适用于老的发动机生產线改造，不增加成本；也适用于新建发动机生产线，与曲轴飞轮组件整体动平衡方法相比，不仅占地面积小，零件运输方便，而且投资少。
　　预设不平衡量的曲轴动平衡方法因其工艺性好，对发动机减振效果明显，可广泛应用在柴油机、汽油机、天然气发动机等内燃机领域的发动机上及其他相似结构的机器设备上。
　　参考文献
　　[1]曾传智，曾建秋，廖晓非，段细忠，曾前编.《柴油机构造、使用与维修》.湖南：湖南科学技术出版社，1990：102.
　　[2]《柴油机设计手册》上册.柴油机设计手册编辑委员会编.北京：中国农业机械出版社，1984：580.

来源《中国科技纵横》2017年9期