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懂车的人都知道!发动机不可缺少平衡性

2016-08-01  长寿石

发动机工作时,活塞在气缸内做着高速且不均匀的上下往复直线运动,并带动活塞销和连杆产生了很大的惯性力。其中活塞和活塞销只能做直线往复运动,只产生纵向惯性力。

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连杆则不同,它的一部分质量参与直线运动,另一部分运动质量参与曲轴的旋转运动。也就是说,参与旋转运动的质量将产生两个方向的惯性力。

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为了平衡这些惯性力,设计者在曲柄上布置适当重量的平衡物(平衡块或平衡轴),理论上讲,这一措施应该可以平衡上述所有的惯性力。但实际上,只能平衡纵向惯性力,但很难平衡横向惯性力,所以只有在上下止点时,发动机才能得到百分之百的平衡,而在其他位置时,各惯性力是不能完全平衡的。

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在多缸机上,由于曲轴的对称布置,能够在一定程度上消除横向惯性力。而对于非定轴转动的构件,如曲柄连杆机构中活塞和连杆的运动所产生的惯性力,是无法在构件内部得到平衡的,这些惯性力的存在会使发动机发生振动。

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降低发动机振动的方法很多,例如减轻活塞等运动件的重量,提高曲轴的刚度,装用平衡轴等。但是不管哪种发动机,都会存在一定的振动。

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四行程汽车发动机的一个气缸做功一次对应曲柄转两周,即720°。所以,一般4缸发动机曲轴的相位角为180°,6缸为120°,而8缸则是90°。缸数越多,前后依次做工的间隔角度就越小,就越不会发生动力断续的情况,运行的平衡性就越好。因此缸数越多,平衡性越好。

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然而发动机内高速运动的零部件会产生很大的惯性力,造成发动机的剧烈振动。虽然对于定轴转动的构件如曲柄可以通过动平衡方法减小由于惯性力对轴承产生的动压力,但对于缸数多、曲轴长的情况,会因旋转惯性力而产生内力矩,使曲轴产生弯曲,影响运行平衡性。

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直列5缸振动大于4缸,V6振动大于直6,V10振动大于V8。现在6缸以上高速发动机气缸基本大都采用V形排列,缩短曲轴长度。相对比较平稳的结构应该是直6、H6、H12以及V12啦。

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水平对置式发动机是达成平衡最简单、有效的方式。就引擎振动的平衡来说,水平对置式6缸发动机会是最佳选择。但由于对置发动机的宽度太大,不易摆放在发动机舱里,目前只有保时捷和斯巴鲁两家车厂使用。

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