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典型工況下輕量化曲軸的平衡性與動力性研究

發(fā)動機(jī)平衡是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而曲軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動又是降低發(fā)動機(jī)振動的保證。研究了內(nèi)燃機(jī)在典型工況下曲軸的平衡性和動力性。為實(shí)現(xiàn)曲軸的輕量化，研究了當(dāng)平衡質(zhì)量塊減少后曲軸的工作性能。

介紹了曲軸在設(shè)計(jì)階段的一種平衡技術(shù)，即可制造性設(shè)計(jì)（DFM），該技術(shù)不僅能夠保證較好的曲軸平衡，而且能為曲軸制造提供評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，同時確定一個允許范圍內(nèi)的殘余不平衡量。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了全質(zhì)量塊、半質(zhì)量塊、輕量級質(zhì)量塊和挖空質(zhì)量塊等4種類型曲軸的平衡性，結(jié)果表明有3種類型曲軸的不平衡性均低于ISO1940-1標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，符合要求。

還有一些相關(guān)的平衡方法如彎曲補(bǔ)償法，主要是為了預(yù)估曲軸動態(tài)下的不平衡性。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著質(zhì)量塊的減少，彎曲補(bǔ)償也逐漸降低，甚至于輕量級質(zhì)量塊在兩種（轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)動+振動）工況下的彎曲補(bǔ)償都為零。繼續(xù)對上述4種不同曲軸的平衡性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著平衡質(zhì)量塊的減少，發(fā)動機(jī)主軸承負(fù)荷會不斷增加。而對于發(fā)動機(jī)而言，主軸承負(fù)荷增加引起的兩種力矩（扭轉(zhuǎn)力矩和俯仰力矩）可能會產(chǎn)生致命損害。此外，還對發(fā)動機(jī)的扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行了模態(tài)分析，并以全質(zhì)量塊曲軸為例驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。

綜合考慮以上各種設(shè)計(jì)參數(shù)及試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，在不久的將來，通過減輕質(zhì)量塊的質(zhì)量來提高曲軸的平衡性是一種很好的方法。

Alex de Souza Rodrigues et al. SAE 2013-36-0621.

編譯：張利丹