曲轴连杆机构的动平衡

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1、2010年第1期化学工程与装备2010年1月ChemicalEngineering&Equipment67曲轴连杆机构的动平衡张越凡（原福州冷冻机总厂，福建福州350000）摘要：本文首先阐述曲轴连杆机构运动产生的惯性力、惯性力矩，及其动平衡的必要性；然后着重对曲轴连杆机构动平衡工艺程序及其运作原理系统论述。关键词：曲轴连杆机构；惯性力；惯性力矩；动平衡。前言轴连杆机构的运动可简化看成：活塞式空压机、制冷机、活塞式航空发动机、（1）由往复质量为mw=m3＋m2B的活塞总机车和船用柴油机、以及汽车发动机等大量设

2、备，成和连杆小头组成的直线往复变加速运动；由于功能的需要采用了曲轴连杆机构。汽车发动机（2）旋转质量为mS=m1＋m2A的曲柄和套由汽缸中气体燃烧体积膨胀推动活塞，经连杆使曲在上面的连杆大头组成围绕曲轴中心的匀速圆周轴旋转带动车轮滚动而前进；活塞式空压机、制冷运动。机则是由电动机驱动曲轴旋转，经连杆使活塞往复1曲轴连杆机构的惯性力和惯性力矩运动，压缩缸中气体提高压力，这些机器都使用曲1.1一阶往复惯性力轴连杆机构实现运动形式的转变，如图1所示。设众所周知，物体的惯性力与它的加速度成正计与制造过程如果忽视动平衡

3、，设备的振动和噪声比，同时与它的质量成正比，该力的方向与它的加使人感到难受，设备磨损加快，使用寿命缩短，甚速度方向相反。因此单缸曲轴连杆机构中沿着汽缸至因轴颈发热与轴瓦粘接，突然停机事故时有发中心线运动的活塞与连杆小头的往复惯性力（近似生。值）：2作旋转运动的曲轴上往往不只一个曲柄，每个FW=mwαx=mwrωcos(ωt)+λmw2曲柄偏心质量为m1，其中包括圆周运动半径为rrωcos(2ωt)（1）的曲柄销质量和它俩侧曲臂把质心换算到A处时上式第一项称为：一阶往复惯性力的质量。活塞总成的质量各为m3，其中

4、包括装在FⅠW=mwrω2cos（ωt）（2）一起的活塞销、卡簧或堵头、以及活塞环的质量总从式（2）得知活塞运动使它的一阶往复惯性和。力FⅠW量值和指向随时间t，按曲柄转角的余弦连杆B端随活塞往复运动的同时，A端随曲柄规律而变化，FⅠW指向外止点时为正值，朝内止旋转，实际是围绕着正在往复运动的B端来回摆动。点时为负值，变化周期与曲柄旋转一周时间同步。连杆总成质量为m2，其中包括装在一起的小头衬该力通过曲轴使机架上下振动。套、大头轴瓦和螺栓螺帽等，动力学证明（本文省1.2二阶往复惯性力略）假设把质量m2分成m2

5、A和m2B两部分，分在式（1）的第二项称为：二阶往复惯性力别集中在距离为L两个质点A和B上，（当然m22FⅡW=λmwrωcos(2ωt）（3）＝m2A＋m2B，）运动中该替代系统与原连杆等效从式（3）得知活塞运动使它的二阶往复惯性相差微小，通常略而不计。如何确定连杆形状和尺力FⅡW量值和指向随时间t，按两倍曲柄转角的寸，以及如何由m2求出m2A和m2B那是设计工余弦规律而变化，FⅡW指向外止点时为正值，朝程师的事。但只要有连杆实物，即可按本文后面提内止点时为负值，变化周期与曲柄旋转180°时间同到的办法测出

6、m2A和m2B的精确数值。因此，曲步。式中：68张越凡：曲轴连杆机构的动平衡λ=r/L——曲柄销回转半径和连杆长度的比值性力FⅡW的最大值只有一阶往复惯性力FⅠWλ通常在1/3.5～1/6范围内，因此二阶往复惯最大值的几份之一，它对设备危害较小，往往就被张越凡：曲轴连杆机构的动平衡69忽略。旋转惯性力矩Mos通过曲轴使机架承受径向1.3旋转惯性力力矩Mos，它的空间方位不断随曲轴旋转而改变，2Fs=msαr=msrω（4）造成机架前端与后端产生相反方向的上下左右振2其中αr=rω是随曲轴以角速度ω作匀速圆周动

7、，危害极大。运动的偏心旋转质量ms的质心A处的向心加速2惯性力和惯性力矩的动平衡度，旋转惯性力Fs的方向沿曲柄OA指向不断改机器设计欲选用曲轴连杆机构，就同时要想到变圆周方向，如图1所示。该力通过曲轴使机架上如何消除惯性力和惯性力矩带来的危害，新机装配下左右振动。或修理装配之前对有关零部件，使大部分惯性力和1.4二阶往复惯性力的合力惯性力矩在曲轴连杆机构内部得到平衡，剩余少量多缸曲轴连杆机构的每个气缸都有对应上述惯性力传到机架，则由减震装置降低危害（这不在三种力FⅠW、FⅡW、Fs，三者整机各自合力本文议题范

8、围）。动平衡的办法有四：RⅠW、RⅡW、Rs，因汽缸排列夹角和曲柄间（1）在曲柄相反方向添加平衡块（俗称配重）：夹角不同设置或抵消、或增大、或减小，查有关资随曲轴旋转产生的离心力，实现对旋转惯性力和旋料会得知答案。例曲柄夹角180°立式两缸机如图2转惯性力矩的平衡（如图2虚线所示）；所示：两缸的二阶往复惯性力FⅡW1、FⅡW2是（2）采用多缸设置（如汽车立式六缸机、立相等的同向平行力，所以合力RⅡW