一種五缸柴油發動機曲軸平衡系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種五缸柴油發動機曲軸平衡系統，屬于柴油機的平衡技術領域。
【背景技術】
[0002]在發動機領域，六缸柴油發動機由于具有良好的平衡性與穩定性而占據了當今柴油發動機的大部分市場。可是當用戶需求的功率較小時，裝用六缸柴油發動機會有部分功率溢出，且由于發動機的重量過大，用戶的油耗也會相應的提升，這會導致在增加購車成本的同時也增加了使用成本，從而降低了產品在市場上的競爭力，因此五缸柴油發動機的應用具有其必要性。但是發動機中的曲柄機構在工作時會產生一個往復慣性力和旋轉慣性力，也會產生相應的往復慣性力矩和旋轉慣性力矩，對于五缸柴油發動機，其旋轉慣性力和往復慣性力可以實現自平衡，但是其旋轉慣性力矩、一階往復慣性力矩和二階往復慣性力矩都不平衡，因此五缸柴油發動機的平衡性較差，易引起整機較大的震動，這些因素限制了五缸柴油發動機的應用與發展。

【發明內容】

[0003]本發明的目的就是為解決現有技術存在的問題，而設計了一種五缸柴油發動機曲軸平衡系統，通過在曲軸上布置平衡塊和平衡機構，解決了發動機旋轉慣性力矩、一階往復慣性力矩和二階往復慣性力矩不平衡的問題，使五缸柴油發動機整機可以滿足震動要求，也進一步促進了五缸柴油發動機的應用與發展。
[0004]本發明的技術方案為:一種五缸柴油發動機曲軸平衡系統，包括曲軸、平衡塊和平衡機構，曲軸包括自由端、功率輸出端和曲拐，所述曲拐沿自由端至功率輸出端方向依次為第一曲拐、第二曲拐、第三曲拐、第四曲拐和第五曲拐，其特征在于:第一曲拐的曲柄上設置有平衡塊I，第五曲拐的曲柄上設置有平衡塊Π，第二曲拐中靠近功率輸出端的曲柄上設置有平衡塊m，第四曲拐中靠近自由端的曲柄上設置有平衡塊IV。
[0005]第二曲拐中靠近自由端的曲柄上設置有第一驅動齒圈，第四曲拐中靠近功率輸出端的曲柄上設置有第二驅動齒圈，所述平衡機構包括第一套平衡機構和第二套平衡機構，第一驅動齒圈驅動連接第一套平衡機構，第二驅動齒圈驅動連接第二套平衡機構。
[0006]當平衡塊I設置于第一曲拐中靠近自由端的曲柄上時，平衡塊II設置于第五曲拐中靠近功率輸出端的曲柄上；當平衡塊I設置于第一曲拐中靠近功率輸出端的曲柄上時，平衡塊II設置于第五曲拐中靠近自由端的曲柄上。
[0007]沿曲軸的自由端至功率輸出端方向投影，沿順時針方向依次為第一曲拐、第四曲拐、第三曲拐、第二曲拐、第五曲拐，其中，第一曲拐與第四曲拐之間、第四曲拐與第三曲拐之間、第三曲拐與第二曲拐之間、第二曲拐與第五曲拐之間的角度間隔均為72°。
[0008]所述第一套平衡機構和第二套平衡機構分別包括平衡齒輪、平衡軸、平衡軸支撐座和偏心質量塊，其中，平衡軸與曲軸平行設置，兩個平衡齒輪之間相互嚙合，其中一個平衡齒輪與驅動齒圈嚙合，所述偏心質量塊固定連接于平衡齒輪上。
[0009]所述第一套平衡機構和第二套平衡機構中的任意一者中，位于兩個平衡齒輪上的偏心質量塊沿平衡軸中心連線的中垂線對稱布置，在初始安裝時，第一套平衡機構中平衡齒輪上的偏心質量塊與第二套平衡機構中同一側平衡齒輪上的偏心質量塊互為180°安裝。
[0010]所述平衡機構與曲軸的速比為2:1。
[0011]所述第一套平衡機構和第二套平衡機構中的任意一者中，兩個平衡齒輪之間的嚙合速比為1:1。
[0012]本發明的有益效果:通過在第一曲拐、第二曲拐、第四曲拐和第五曲拐的曲柄上設置平衡塊，平衡塊隨曲軸旋轉時產生的旋轉慣性力矩既能完全抵消曲軸產生的旋轉慣性力矩，又可以將一階往復慣性力矩減小50%、將一階往復慣性力矩分解到豎直和水平方向上的數值較小的分量;通過在曲軸自由端和功率輸出端兩端分別設置平衡機構，由平衡機構產生的旋轉慣性力矩可以完全抵消曲柄機構所產生的二階往復慣性力矩。本發明的平衡系統有效的解決了五缸柴油發動機的旋轉慣性力矩、一階往復慣性力矩和二階往復慣性力矩不平衡的問題，使五缸柴油發動機整機可以滿足震動要求，進一步促進了五缸柴油發動機的應用與發展。
[0013]由此可見，本發明與現有技術相比具有實質性特點和進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
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[0014]圖1為本發明的結構示意圖；
[0015]圖2為曲軸的結構示意圖；
[0016]圖3為曲軸各曲拐的位置關系示意圖；
[0017]圖4為第一曲拐上平衡塊與曲柄的位置結構示意圖；
[0018]圖5為驅動齒圈與平衡機構的結構示意圖。
[0019]其中，I為曲軸，2為平衡機構，2-1為平衡軸，2-2為平衡齒輪，2_3為平衡軸支撐座，2-4為偏心質量塊，3為自由端，4為功率輸出端，5為第一曲拐，5-1為曲柄，6為第二曲拐，7為第三曲拐，8為第四曲拐，9為第五曲拐，10為平衡塊I，11為平衡塊II，12為平衡塊III，13為平衡塊IV，14為驅動齒圈。
【具體實施方式】
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[0020]為了更好地理解本發明，下面結合附圖來詳細解釋本發明的實施方式。
[0021 ]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示的一種五缸柴油發動機曲軸平衡系統，包括曲軸I和兩套平衡機構2，該柴油機選用1-2-4-5-3的點火順序，曲軸I包括自由端3、功率輸出端4、曲拐和驅動齒圈14，其中曲拐沿自由端3至功率輸出端4方向依次為第一曲拐5、第二曲拐6、第三曲拐7、第四曲拐8和第五曲拐9，如圖3所示，沿曲軸的自由端至功率輸出端投影，沿順時針方向依次為第一曲拐5、第四曲拐8、第三曲拐7、第二曲拐6和第五曲拐9，其中，第一曲拐5與第四曲拐8之間、第四曲拐8與第三曲拐7之間、第三曲拐7與第二曲拐6之間、第二曲拐6與第五曲拐9之間的角度間隔均為72°。所述第一曲拐5、第二曲拐6、第三曲拐7、第四曲拐8和第五曲拐9上分別對應安裝有發動機中的第一缸、第二缸、第三缸、第四缸和第五缸。第一曲拐5上設置有平衡塊110，第五曲拐9上設置有平衡塊II11，其設置方式有兩種，當平衡塊I10設置于第一曲拐5中靠近自由端3的曲柄上時，平衡塊IIll設置于第五曲拐9中靠近功率輸出端4的曲柄上，如圖1或圖2所示；當平衡塊IlO設置于第一曲拐5中靠近功率輸出端4的曲柄上時，平衡塊II 11設置于第五曲拐9中靠近自由端3的曲柄上。以第一曲拐5為例，圖4為第一曲拐5上平衡塊與曲柄的位置結構示意圖。出于曲軸后期平衡修正等工藝加工上的考慮，在第二曲拐6中靠近功率輸出端4的曲柄上設置有平衡塊III 12，第四曲拐8中靠近自由端3的曲柄上設置有平衡塊IV13。平衡塊I 10、平衡塊1111、平衡塊III12和平衡塊IV13在旋轉過程中產生的旋轉慣性力矩可完全平衡曲柄機構產生的旋轉慣性力矩。
[0022]通過在設計過程中，將平衡塊IlO和平衡塊IIll的質量增大，平衡塊I10、平衡塊1111、平衡塊11112和平衡塊IVl 3在旋轉過程中產生的旋轉慣性力矩在完全平衡曲柄機構的旋轉慣性力矩的同時還能夠削減曲柄機構產生的一階往復慣性力矩，將一階往復慣性力的50%轉移至水平方向。
[0023]第二曲拐6中靠近自由端3的曲柄上設置有第一驅動齒圈，第四曲拐8中靠近功率輸出端4的曲柄上設置有第二驅動齒圈，所述平衡機構2包括第一套平衡機構和第二套平衡機構，第一驅動齒圈驅動連接第一套平衡機構，第二驅動齒圈驅動連接第二套平衡機構。如圖5所示，所述第一套平衡機構和第二套平衡機構分別包括平衡軸2-1、平衡齒輪2-2、平衡軸支撐座2-3和偏心質量塊2-4，其中平衡軸2-1與所述曲軸I平行，兩個平衡齒輪2-2之間相互嚙合，其中一個平衡齒輪2-2與驅動齒圈嚙合、并驅動另一平衡齒輪旋轉，偏心質量塊2-4固定連接于平衡齒輪2-2上。兩個平衡齒輪2-2之間的嚙合速比為1:1、旋轉方向相反，平衡齒輪2-2和曲軸I的速比為2:1。平衡軸2-1和平衡齒輪2-2之間為熱套連接。第一套平衡機構和第二套平衡機構中的任意一者中，位于兩個平衡齒輪2-2上的偏心質量塊2-4沿平衡軸2-1中心連線的中垂線對稱布置，在初始安裝時，第一套平衡機構中平衡齒輪2-2上的偏心質量塊2-4與第二套平衡機構中同一側平衡齒輪2-2上的偏心質量塊2-4互為180°安裝。由第一套平衡機構和第二套平衡機構共同產生的旋轉慣性力矩可用來完全平衡曲柄機構產生的二階往復慣性力矩。
[0024]曲柄機構產生的旋轉慣性力矩、一階往復慣性力矩和二階往復慣性力矩的平衡過程作如下說明:
[0025](I)曲柄機構的旋轉慣性力矩
[0026]首先，對第五缸中心取矩，則第一缸、第二缸、第三缸、第四缸和第五缸所對應的旋轉慣性力矩分別為:
[0027]Mn = 4a*Fii = 4amiR ω 2*cos( ω t)
[0028]Mi2 = 3a*Fi2=miR ω 2*cos( ω t_144。)
[0029]Mi3 = 2a*Fi3=miR ω 2*cos( ω t_216°)
[0030]Mi4 = 4a*Fi4=miR ω 2*cos( ω t_288。)
[0031]Mi5 = 0
[0032]其中a為缸心距，FihFi2Ji^Fi4和Fi5分別為第一缸、第二缸、第三缸、第四缸和第五缸所對應的旋轉慣性力，HU為單缸曲柄連桿組的旋轉質量，R為曲柄半徑，ω為曲柄機構的旋轉角速度，t曲柄機構旋轉的時間，ω t為曲柄機構與其所對應氣缸的上止點之間的旋轉角度。
[0033]則旋轉慣性力矩的合力矩:
[0034]Mi=Mii+Mi2+Mi3+Mi4+Mj5 = 0.449a miR ω 2^cos( ω t+