平衡轴技术是
摩托车发动机中应用较广的一项技术,它的结构简单实用,可有效地缓减摩托车的整车振动,提高驾驶的舒适性。本文对平衡轴技术原理和在摩托车上的应用做一个简单介绍。
振动原理
在发动机的工作循环中,活塞的
运动速度非常快,而且速度很不均匀。在上下止点位置,活塞的速度为零,而在上下止点中间的位置速度达到最高。由于活塞在气缸内做反复的高速直线运动,必然在活塞、活塞销和连杆上产生很大的惯性力。在连杆上配置的配重可以有效地平衡这些惯性力.但连杆上的配重只有一部分运动质量参与直线运动,另一部分参与旋转。除了上下止点位置外,各种惯性力不能被完全平衡,使发动机产生了振动。
当活塞每上下运动一次,将使发动机产生一上一下两次振动,所以发动机的振动频率和发动机的转速有关。在振动理论上,常使用多个谐波振动来描述发动机的振动,其中振动频率和发动机转速相同的叫一阶振动,频率是发动机转速2倍的叫二阶振动,依次类推,还存在三阶、四阶振动。但振动频率越高,振幅就越小,2阶以上可以忽略不计。其一阶振动占整个振动的70%以上,是振动的主要来源。
途径
为了消除振动,采用的方法有很多,例如采用轻质的活塞减少运动件的质量、提高曲轴的刚度、采用60度夹 角的v型双缸布置发动机等等。但在
摩托车发动机上普遍采用的方式是增加一个平衡轴来解决。增加平衡轴(如上图中间位置所示部件)也是这些办法其中之一,简单说平衡轴其实就是一个装有偏心重块并随曲轴同步旋转的轴,利用偏心重块所产生的反向振动力,使发动机获得良好的平衡效果,降低
发动机振动。
分类
摩托车发动机采用的平衡轴方式有两种:双平衡轴和单平衡轴。两种方式在工作原理上是相同的,但具体结构有不同。
双平衡轴方式
双平衡轴采用链传动方式带动两根平衡轴转动,其中一根平衡轴与发动机的转速相同,可以消除发动机的一阶振动;另一根平衡轴的转速是发动机转速的2倍,可以消除发动机的二阶振动,可达到理想减振效果。双平衡轴方式较为复杂,成本高,占用发动机的空间大,—般在大排量摩托车上使用。
还有一种双平衡轴布置方式,就是两个平衡轴与气缸中心线成角度对称布置,旋转方向相反,转速与曲轴转速相同,用以平衡发动机的一阶往复惯性力。例如276Q发动机上的平衡轴,就是如上布置。
单平衡轴方式
单平衡轴采用单一的平衡轴,利用齿轮传动方式进行工作,通过曲轴旋转带动固连的平衡轴驱动齿轮——平衡轴从动齿轮——平衡轴。单平衡可以平衡占整个振动比例相当大的一阶振动,可以使发动机的振动得到明显改善。由于单平衡轴方式结构简单,占用的空间小,在单缸和小排量的发动机中应用较广。
小贴士:当活塞每上下运动一次,将使发动机产生一上一下两次振动,所以发动机的振动频率和发动机的转速有关。在振动理论上,常使用多个谐波振动来描述发动机的振动,其中振动频率和发动机转速相同的叫一阶振动,频率是发动机转速2倍的叫二阶振动,依次类推,还存在三阶、四阶振动。但振动频率越高,振幅就越小,二阶以上可以忽略不计。其一阶振动占整个振动的70%以上,是振动的主要来源。
应用
综上所述,平衡轴就是用来平衡和减少摩托车发动机的振动,以达到减少发动机振动,降低发动机的噪音,延长发动机使用寿命,提升驾乘者的舒适度的目的。作为一项专利,它由YAMAHA( 雅马哈)摩托车首先使用,收到了良好的效果,在建设雅马哈的每一个车系里都有平衡轴应用,这也是它的特色和卖点,在同类车型里,它无疑是最安静的。
断裂原因
单缸柴油机维修时要注意消除平衡轴断裂的原因。现将导致平衡轴断裂的有关原因总结如下:
(一)轴承松旷。所谓平衡轴轴承松旷,引起座孔不正常磨损的常见原因为发动机平衡不好,流动轴承运转不灵活,平衡轴两端座孔同轴度超差,平衡轴轴向游隙过大等。座孔磨损增大后,运转平衡轴承受过大的冲击负荷,导致平衡轴断裂。
(二)装配错误。在柴油机拆装、维修过程中,有时会将平衡轴装错,例如装
正时齿轮时把正时记号装错了。这时平衡轴不仅不能起平衡作用,反而会引起更大的振动,从而造成平衡轴的断裂。
(三)齿轮啮合不良。平衡轴齿轮和与之啮合的齿轮中轴线平等度超差,相啮合的齿轮在传动过程中发生卡滞,使平衡轴受到
周期性的弯曲应力,从而导致平衡轴疲劳断裂。