三、平衡軸讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作起來更加平穩(wěn)、順暢
平衡軸技術(shù)(上圖中白色線框內(nèi)所示結(jié)構(gòu))是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且非常實(shí)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),它可以有效減緩整車振動(dòng),提高駕駛的舒適性。也許有的消費(fèi)者會(huì)問,為什么要在部分引擎里設(shè)計(jì)這個(gè)結(jié)構(gòu)?要搞明白這一問題首先我們需要弄清一件事--“發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)原理”。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處在工作狀態(tài)時(shí),活塞的運(yùn)動(dòng)速度非?欤宜俣群懿痪鶆颉.(dāng)活塞位于上下止點(diǎn)位置時(shí),其速度為零,但在上下止點(diǎn)中間位置的速度則達(dá)到最高。由于活塞在氣缸內(nèi)做反復(fù)的高速直線運(yùn)動(dòng),因此必然會(huì)在活塞、活塞銷和連桿上產(chǎn)生較大的慣性力。雖然連桿上的配重可以有效地平衡這些慣性力,但卻只有一部分運(yùn)動(dòng)質(zhì)量參與直線運(yùn)動(dòng),另一部分參與了旋轉(zhuǎn)。因而除了上下止點(diǎn)位置外,其它慣性力并不能完全達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)便產(chǎn)生了振動(dòng)。
為了消除這種振動(dòng),設(shè)計(jì)者采用了很多方法,例如采用輕質(zhì)的活塞減少運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量、提高曲軸的剛度、采用60度夾角的“V”型布置發(fā)動(dòng)機(jī)等等。增加平衡軸(如上圖中間位置所示部件)也是這些辦法其中之一,簡(jiǎn)單說平衡軸其實(shí)就是一個(gè)裝有偏心重塊并隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)的軸,利用偏心重塊所產(chǎn)生的反向振動(dòng)力,使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得良好的平衡效果,降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。
平衡軸可分為單平衡軸和雙平衡軸兩種。單平衡軸顧名思義采用單一平衡軸,利用齒輪傳動(dòng)方式進(jìn)行工作,通過曲軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)固連的平衡軸驅(qū)動(dòng)齒輪、平衡軸從動(dòng)齒輪以及平衡軸。單平衡軸可以平衡占整個(gè)振動(dòng)比例相當(dāng)大的一階振動(dòng),使發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)得到明顯改善。由于單平衡軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占用空間小,因而在單缸和小排量發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。而雙平衡軸則采用的是鏈傳動(dòng)方式帶動(dòng)兩根平衡軸轉(zhuǎn)動(dòng),其中一根平衡軸與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相同,可以消除發(fā)動(dòng)機(jī)的一階振動(dòng);另一根平衡軸的轉(zhuǎn)速是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的2倍,可以消除發(fā)動(dòng)機(jī)的二階振動(dòng),從而達(dá)到更加理想的減振效果。由于雙平衡軸的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本高、占用發(fā)動(dòng)機(jī)的空間又相對(duì)較大大,因此一般在大排量汽車上較為常用。另外,還有一種雙平衡軸布置方式,就是兩個(gè)平衡軸與氣缸中心線成角度對(duì)稱布置,旋轉(zhuǎn)方向相反,轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速相同,用以平衡發(fā)動(dòng)機(jī)的一階往復(fù)慣性力。
小貼士:當(dāng)活塞每上下運(yùn)動(dòng)一次,將使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一上一下兩次振動(dòng),所以發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。在振動(dòng)理論上,常使用多個(gè)諧波振動(dòng)來描述發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng),其中振動(dòng)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同的叫一階振動(dòng),頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2倍的叫二階振動(dòng),依次類推,還存在三階、四階振動(dòng)。但振動(dòng)頻率越高,振幅就越小,二階以上可以忽略不計(jì)。其一階振動(dòng)占整個(gè)振動(dòng)的70%以上,是振動(dòng)的主要來源。
綜上所述,平衡軸就是用來平衡和減少發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪音、延長使用壽命、提升駕乘者舒適性的目的。不過,并不是所有發(fā)動(dòng)機(jī)都需要平衡軸,像“V”型和水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī),這些振動(dòng)平衡性已經(jīng)很好的引擎就沒有必要設(shè)計(jì)平衡軸;另外還要看廠家對(duì)不同品牌及車型的具體情況,某些理論上需要平衡軸的發(fā)動(dòng)機(jī)同樣見不到他的身影。
編輯總結(jié):對(duì)于一款發(fā)動(dòng)機(jī)來說,運(yùn)用在它身上的技術(shù)實(shí)在太多。但不管數(shù)量達(dá)到多少,其最終目的無外乎是為了達(dá)到做功更高效、運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定和更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用這些最終目的。相信隨著汽車工業(yè)水平的發(fā)展和不斷提高,設(shè)計(jì)師們將為消費(fèi)者帶來更加符合時(shí)代需求、設(shè)計(jì)更加完善的汽車引擎。
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